大小黑洞都很多,唯有中等質量黑洞很稀有,是何緣故?

2020-09-07 科學信仰


黑洞因其實體的不可見性,在人們的眼中具有了一定的神秘色彩。

黑洞實體之所以不可見,是因為在黑洞強大引力的作用下,黑洞實體周圍的一定區域的逃逸速度超越了光速,既然光都無法離開這個範圍,這個範圍對於我們而言就是永恆的黑暗,而這個不可見的範圍邊界就被稱之為黑洞視界。

黑洞具有神秘色彩,卻並不稀有,因為恆星級的黑洞大多是由恆星演化而成的,而恆星在宇宙中是一種非常常見的天體,正是因為有了大量恆星的存在,氫以上的元素才能夠形成並遍布於整個宇宙,鐵以下的元素通過恆星的聚變過程形成,而鐵以上的元素則在恆星晚年的超新星爆發過程中形成。宇宙中到底有多少恆星呢?這是一個很難回答的問題,總之很多很多,僅銀河系中恆星的數量就在1000億顆到4000億顆之間。


生活在僅有一顆恆星的太陽系之中,我們很容易誤會恆星是一種稀有的天體,但實際上在銀河系中,如太陽一般的恆星要以千億來進行計算,而宇宙中如銀河系一般的星系,保守估計也要有數萬億個,所以宇宙中恆星的數量真的是太多了。

當然了,並不是所有的恆星都會演化為黑洞,像太陽這樣的恆星在燃料耗盡之後只能夠坍縮為一顆白矮星,而質量更大的恆星則會坍縮為中子星,只有質量達到太陽質量30倍以上的恆星才能夠最終坍縮為黑洞。不過恆星在超新星爆發的過程中會拋撒大量的物質,所以黑洞最終形成後往往沒有如此大的質量,最小黑洞的質量可能只有太陽的三倍左右,不過由於它的密度無限大,所以擁有遠超恆星的引力。


質量在太陽質量30倍以上的大質量恆星,它們的壽命通常是非常短暫的,因為質量越大,氫核聚變就越劇烈,燃料消耗的速度就越快,有些恆星的壽命甚至於還不到1000萬年,而宇宙已經138億歲了,所以宇宙中恆星級黑洞的數量也就可想而知了,保守估計,僅在銀河系之中,恆星級黑洞的數量就能夠達到上億個。

宇宙中除了有由恆星演化而成的恆星級黑洞之外,還有著質量和視界半徑都極為巨大的星系級黑洞,這些黑洞的質量可以達到太陽質量的百萬倍以上,如此巨大的黑洞足以帶動極大範圍的宇宙物質運動起來,所以圍繞這些星系級黑洞通常會形成規律運動的龐大星系,我們所在的銀河系就是一個典型的例子,它的動力之源就是位於銀河系中心的星系級黑洞,我們稱之為人馬座a*。


在宇宙誕生之初,一些區域的物質高度密集,在相互引力的作用之下,這些物質開始凝聚坍縮,這就是星系級黑洞的由來,幾乎每一個星系級黑洞都是與宇宙年齡相近的。

星系級黑洞雖然歷史久遠,但它的數量也並不算少,正如我們所說,每一個星系的中心都存在著一個星系級的黑洞,而宇宙中星系的數量保守估計也在萬億以上,雖然星系級黑洞的數量不能與小個的恆星級黑洞相比,但著實也是不少了。在宇宙中,無論是大質量的星系級黑洞,還是相對質量較小的恆星級黑洞都很多,而只有一種黑洞非常稀少,那就是中等質量的黑洞。什麼是中等質量的黑洞呢?一般就是指那些質量在太陽百倍以上、十萬倍以下的黑洞。通常而言,恆星坍縮為黑洞後,即使大量吸附了周圍的物質,也很難將自身質量提升到太陽質量的百倍以上,那麼中等質量黑洞是從何而來的呢?


中等質量黑洞的成因一般有兩個,第一個就是和星系級黑洞一樣,產生於宇宙誕生之初。

只不過這些黑洞所誕生的區域沒有充足的物質,所以它們並沒有變得多餘龐大,沒能成為星系的主宰,而是成為了一個中等質量的黑洞。而中等質量黑洞的第二個成因就是由小質量的恆星級黑洞合併而來。

黑洞會吸收周圍的物質,而當兩個黑洞進入到相互的引力範圍之內時,便會發生合併,當然,這個合併的過程並不是一蹴而就的,而是非常漫長的。從中等質量黑洞的兩個成因可知,這些情況發生的概率是相當小的,所以中等質量黑洞的數量也就極為有限。目前在銀河系之中,已知的中等質量黑洞只有一個,而且還不能完全確定。

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