一萬億倍太陽質量的黑洞可能藏身於宇宙中，而我們對其一無所知

2020-09-30 航天星世紀


黑洞可以變大，非常大。但究竟有多大呢?它們的質量有可能超過太陽的一萬億倍。這比目前已知的最大黑洞大10倍。

但是這些怪物真的存在於我們的宇宙中嗎?一組研究人員想出了一個去尋找它們的計劃。如果它們存在，它們可以幫助我們解決宇宙中第一批恆星是如何出現的謎團。

黑暗中的統計

如果你想購買宇宙中的黑洞，不幸的是你只有兩種基本尺寸:有點小的和巨大的。你知道當網上商店賣光了你那件漂亮的襯衫時，你會有一種沮喪的感覺嗎?歡迎來到黑洞獵人的生活。

小的黑洞或恆星狀的黑洞比我們的太陽大，但不那麼大。 由於黑洞是超新星爆炸的最後階段由大質量恆星的死亡而產生的，而且大質量恆星必須如此大才能進行超新星爆炸，因此最小的黑洞的質量大約是太陽的五倍。

通過與其他黑洞合併，以及慢慢吞食任何游離在其附近的的物質，這些黑洞可能會變得更大。我們已經看到了黑洞質量幾乎是太陽質量100倍的證據。

恆星質量的黑洞在宇宙中非常普遍，目前大約有數百萬個黑洞漂浮在銀河系周圍。 除非您離得太近，否則無害。 宇宙中的任何其他星系也是如此：很多很多的小黑洞，都是那些大而美麗的恆星留下的。

但是星系的中心存在著更瘋狂的傢伙：超大質量黑洞。 我們銀河系的中心有一個超大質量的黑洞，我們稱之為射手座A 。 它的質量約為太陽的400萬倍。 就像我說的那樣，超級龐大。這些巨獸的質量很可能是它們恆星質量的同類的1000倍。

似乎幾乎每個星系的中心都有一個巨大的黑洞，有記錄以來最大的黑洞接近1000億個太陽質量，這打破了平衡。

天文學家長期以來一直在尋找小於5個太陽質量或介於恆星和超大質量黑洞之間的黑洞。但是，8月18日發表在預印本資料庫arXiv(尚未經過同行評審)上的一篇新論文提出了一個完全不同的問題:如果最大的黑洞質量超過太陽的一千億倍（大於10的11次方），會是怎樣的？

他們是如何變得如此巨大的

這類全新的黑洞，會使目前超大質量的黑洞相形見絀。這些「大得驚人的黑洞」從1萬億太陽質量開始(比目前已知的最大黑洞大10倍)，甚至可能更大。

可以理解的是，這些怪物中的怪物會很少見。我們的宇宙很難製造出如此大的傢伙，因為你需要把巨量的物質聚集在一起並讓它穩定下來，而物質並不喜歡被這樣對待。

不過，從理論上講，這些巨獸還是有可能存在的。如果我們找到它們，這將有助於解釋有多少種類型的黑洞形成。

第一個黑洞出現在宇宙非常年輕的時候，不到10億歲。在漫長的歲月中，它們相互融合，相互滋養，最終發展成為超大質量的黑洞，甚至可能成為巨大無比的黑洞。但它們的增長速度是有限的。為了通過合併增長，它們實際上必須遇到併吞噬其他黑洞。所以如果周圍沒有很多其他黑洞，合併就不會頻繁發生，這就不是一個可行的黑洞成長之路。

另一方面，黑洞也可以靠物質生長。但是當物質落向黑洞的視界(被認為是不返回點)時，它會被壓縮和加熱。它釋放出輻射，輻射從靠近黑洞的中心區域噴出，阻止新的氣體落入黑洞。墜入黑洞的複雜物理為黑洞的吞噬速度設定了上限。

已知的最大黑洞是對當前天體物理學知識的挑戰。很難想像這樣的場景:足夠多的合併和足夠多的氣體被吞噬，使早期宇宙中的小黑洞成長為潛伏在星系核心中的怪物。

找到一個巨大的黑洞將迫使我們考慮黑洞如何誕生的新途徑。也許第一個也是最大的黑洞並不是來自於大質量恆星的死亡。也許它們是由氣體雲的坍塌直接形成的，或者是由早期宇宙的奇特過程形成的。或者更奇怪的東西。

這就是為什麼一個巨大黑洞的發現會如此令人興奮:理論家們會高興得手舞足蹈，準備為它們設計一個解釋。

在黑暗中尋找怪物

但是你如何找到一個超級巨大的黑洞呢?這篇新的研究論文對如何去尋獵他們提出了一些見解。

首先，由於巨大的體積，巨大的黑洞(stupendously large black holes，SLABs)實際上可以影響其母星系的引力演化。即使超大質量的黑洞，像它們這麼大，通常也不到其宿主星系質量的1%。但由於SLABs更大，它們可以對星系產生明顯的引力影響。

例如，如此巨大的質量集中於中心，星系的形狀可能會被扭曲，或者引力可能會改變星系合併發生的方式。因此，SLABS可以解釋星系圖片中一些看起來很有趣的現象。

如果石板起源於極早期宇宙的奇異物理，那麼當它們在宇宙中繁衍並繼續成長到驚人的大尺寸時，它們會在周圍環境中留下印記。例如，它們可以吸引大量的物質，從而影響宇宙微波背景——當我們的宇宙形成只有380,000年時剩下的光。

如果SLABs起源於極早期宇宙的奇異物理，那麼當它們在宇宙中生長並繼續成長到驚人的大尺寸時，它們會在周圍環境中留下痕跡。例如，它們可以吸引大量的物質，從而影響宇宙微波背景輻射，也就是我們的宇宙在38萬年前第一次變得透明時產生的餘光。

SLABs可能會積累大量的物質，並善於吞噬其附近的任何東西，甚至神秘的暗物質也可能在它們周圍聚集成環。如果暗物質(不管它是什麼)與自身相互作用，它可能會釋放出一種非常特殊的輻射。所以這些超級巨大的黑洞可能被暗物質產生的高能量光暈所包圍。到目前為止，我們還不知道SLABS是否存在，上面所有的方法都只對它們的大小設置了限制。

根據SLABs形成的模式的選擇，我們目前最理想的猜測是，最大的黑洞質量大約是太陽的10^19倍，這是一個難以想像的巨大數字，銀河系的質量也不過是10^12倍太陽質量。任何比這更大的東西都會違背我們在宇宙中已經測量到的東西。但這仍然在我們的宇宙中留下了一個關於SlABs基線（SLABsline）的巨大的潛在研究空白。

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