黑洞會變大多少？「巨大的」黑洞可能會成長到真正巨大的尺寸

2020-09-19 流芳科學

有怪物黑洞，然後有平板。黑洞會變大多少？現在，一組科學家建議黑洞可以達到他們所謂的「驚人的大」大小，每個黑洞都包含1000億個或更多的太陽。研究人員說，發現如此巨大的黑洞可能會揭示神秘暗物質的本質，而神秘暗物質佔宇宙物質的五分之四。在大多數（如果不是全部）中心，星系是質量超大的黑洞，其質量是地球太陽質量的數百萬至數十億倍。

  • 藝術家對星系中心超大質量黑洞的印象。科學家懷疑一些巨大的黑洞可能會增長到真正的「驚人」大小。圖片：©ESO /L.Calçada）

例如，在我們銀河系的中心是射手座A *，其大小約為450萬太陽質量。 目前，最大的已知黑洞是類星體TON 618的動力，其質量為660億太陽質量。TON 618的龐大體積使科學家們推測是否存在更大的黑洞，以及黑洞的大小是否有上限。

一個真正的巨型黑洞

在這項新研究中，研究人員稱黑洞的大小為1000億個太陽質量或更大，比目前所見的黑洞更大，稱為「驚人的大黑洞」或SLAB。儘管他們指出，目前沒有證據表明存在巨大的黑洞，但他們指出確實存在幾乎與該大小相當的超大質量黑洞。慕尼黑路德維希馬克西米連大學理論宇宙學家弗洛裡安·庫內爾（FlorianKühnel）表示：令人驚訝的是，到目前為止，幾乎沒有人關注到可能存在如此巨大的黑洞，因為它們原則上可以存在。

當涉及到巨大的黑洞時，一個關鍵的問題是它們是否可以首先形成。但是，對於規則的超大質量黑洞是如何誕生的，仍存在很多不確定性。 傳統的假設是，當較小的黑洞合併併吞噬周圍的物質時，在銀河心形成的超大質量黑洞。不過，研究的共同作者，倫敦皇后瑪麗大學理論宇宙學家伯納德·卡爾（Bernard Carr）是研究人員之一，但先前的研究發現，該模型在解釋宇宙只有幾十億年黑洞如何達到超大質量尺寸時面臨挑戰。

原始起源？

另一種解釋規則的超大質量黑洞和可能是巨大的黑洞如何形成在所謂的原始黑洞上的鉸接方式。先前的工作推測，在大爆炸之後的一秒鐘內，熱的，快速膨脹的新生宇宙中密度的隨機波動可能會聚集足夠多的物質，使它們坍塌成黑洞。這些原始的黑洞可以作為後來形成的更大黑洞的種子。如果確實存在原始黑洞，它們可能有助於解釋什麼是暗物質。儘管人們認為暗物質構成了宇宙中的大部分物質，但是科學家仍然不知道這種奇怪的物質是由什麼構成的，因為研究人員仍然沒有看到它。

目前只能通過其對正常物質的引力作用來研究它。暗物質的性質目前是科學界最大的謎團之一。研究合著者，阿姆斯特丹大學粒子天體物理學家盧卡·維西內利（Luca Visinelli）表示：對於中等質量的原始黑洞是否可以提供暗物質，人們產生了很大的興趣。一種檢測巨大黑洞的方法是通過引力透鏡。根據愛因斯坦的廣義相對論，物體的質量越大，其周圍的時空彎曲就越多，因此物體的引力也越強。重力還會使光線彎曲，因此可以對通過強重力場看到的物體（例如黑洞產生的物體）進行透鏡成像。

最近的工作集中在發現較小物體的引力透鏡效應上，但是他們認為這種研究也可以尋找巨大的黑洞。檢測巨大黑洞的另一種方法是通過它們對環境的影響，例如引力扭曲的星系。這些黑洞還會消耗天文學家可以檢測到的物質，因此也會產生熱量，光和其他輻射。除了原始的黑洞以外，另一個潛在的暗物質候選物質是所謂的弱相互作用大顆粒（WIMP）。如果存在WIMP，它們將是無形的並且基本上是無形的，但是先前的研究表明，如果兩次WIMP發生碰撞，它們將相互ni滅並產生伽馬射線，為科學家提供了一種間接發現它們的方法。

巨大的黑洞的強大引力將在它們周圍聚集WIMP的光環，而WIMP 毀滅可能產生的高能伽瑪射線可能有助於科學家發現巨大的黑洞。總而言之，道黑洞存在於各種各樣的物體中，因此很自然地要問是否有自然的上限。有些人可能會懷疑SLAB的存在，因此懷疑它們的存在。但是，人們也對中間質量和超質量黑洞持懷疑態度，直到發現它們為止。我們不知道SLAB是否存在，但我們希望我們的論文能夠激發社區之間的討論。科學家於8月18日在線《arXiv》上詳細介紹了他們的發現，並將研究結果提交給正式的同行評審。

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