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（神秘的宇宙地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技（葉子）：國(guó)外媒體報(bào)道，宇宙中有一些巨大的中的質(zhì)量黑洞，有些甚至比太陽(yáng)大數(shù)十億倍，超大成但我們對(duì)這些巨型黑洞的黑洞何形形成和演化還幾乎一無(wú)所知。不過(guò)，宇宙最新的中的質(zhì)量望遠(yuǎn)鏡和太空技術(shù)或許能為我們提供一條研究這些龐然巨物的新途徑。
在海豚座與天馬座正中間，超大成有一架“風(fēng)車”正在緩緩地轉(zhuǎn)動(dòng)。黑洞何形數(shù)十億年來(lái)，宇宙UCG 11700星系的中的質(zhì)量旋臂一直在平靜地旋轉(zhuǎn)，不曾與其它星系相撞或合并，超大成因此沒(méi)有像許多星系那樣發(fā)生變形。然而，盡管這個(gè)星系看上去賞心悅目，它的正中卻蟄伏著一頭猛獸——那里有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，宇宙中最神秘的天體之一。
一般的黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的四倍，但超大質(zhì)量黑洞則可能達(dá)到太陽(yáng)的成百上千萬(wàn)倍、乃至數(shù)十億倍之多。科學(xué)家相信，幾乎每個(gè)大型星系中央都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，只是無(wú)人知曉它們究竟是如何形成的。
在這方面，UCG 11700或許能助我們一臂之力。
“我研究的理想星系是你能想到的最美麗、最完美的螺旋星系，”牛津大學(xué)研究超大質(zhì)量黑洞的初級(jí)助理研究員貝基·斯莫瑟斯特表示，“這些美麗至極的星系將幫助我們破解超大質(zhì)量黑洞的成長(zhǎng)之謎。”
黑洞的上海黃埔區(qū)外圍聯(lián)系方式崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務(wù)快速安排面到付款密度極大，連光線都無(wú)法從中逃脫，因此研究起來(lái)尤為困難。但一些新技術(shù)可以幫助我們分析超大質(zhì)量黑洞對(duì)周圍星際天體造成的影響、甚至是它們產(chǎn)生的時(shí)空漣漪，為我們提供新的線索。
我們對(duì)傳統(tǒng)黑洞的形成和生長(zhǎng)機(jī)制已經(jīng)了解得很充分了。恒星耗盡燃料后死亡，發(fā)生超新星爆炸，然后向內(nèi)坍縮，密度也隨之變得極大、連光線都無(wú)法逃脫。愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中預(yù)言了黑洞的存在，至今已過(guò)去了將近一個(gè)世紀(jì)。
在通俗文化中，黑洞往往被描述為極其黑暗、極其饑渴的形象；它們會(huì)在宇宙中快速移動(dòng)，將沿途的一切都盡數(shù)吞噬，不斷長(zhǎng)得越來(lái)越大、越來(lái)越貪婪。因此人們難免會(huì)認(rèn)為，超大質(zhì)量黑洞不過(guò)是最饑渴、最古老的一類黑洞而已，就這么簡(jiǎn)單。
但在現(xiàn)實(shí)中，黑洞其實(shí)有些名不符實(shí)。它們吸食周圍物質(zhì)的效率其實(shí)低得驚人，即使在物質(zhì)密集的星系中央也是如此。事實(shí)上，坍縮后的恒星生長(zhǎng)得十分緩慢，根本不可能通過(guò)吸收新物質(zhì)增長(zhǎng)到超大質(zhì)量黑洞。
“假設(shè)第一批恒星是宇宙大爆炸之后2億年左右形成的，”斯莫瑟斯特指出，“它們坍縮之后，還有135億年時(shí)間成長(zhǎng)到太陽(yáng)質(zhì)量的50億倍。如果只靠吸食物質(zhì)，這段成長(zhǎng)的時(shí)間也太短暫了。”
更令人不解的是，超大質(zhì)量黑洞早在宇宙的“嬰兒期”就已經(jīng)存在了。遙遠(yuǎn)的類星體是夜空中最明亮的天體之一，它們其實(shí)就是被古老的超大質(zhì)量黑洞點(diǎn)亮的瀕死星系核。這些巨型黑洞至少在宇宙僅有6.7億年時(shí)就已存在于世了。已知最古老的星系也是在這一時(shí)期形成的。
雖然黑洞的核心對(duì)外界觀察者而言將永遠(yuǎn)是個(gè)謎，但超大質(zhì)量黑洞的光芒其實(shí)比整個(gè)星系的恒星加起來(lái)還要耀眼，并且在吞食周邊物質(zhì)時(shí)，它們還可能“打嗝”，釋放出紫外線輻射。
黑洞的球形邊界名叫“事件視界”。在這個(gè)球體之內(nèi)，任何光線、能量和物質(zhì)都無(wú)法逃脫。空間與時(shí)間在其中層層折疊，常用的物理法則在這里也不起作用。但黑洞在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還會(huì)將事件視界周圍的物質(zhì)連帶著一同旋轉(zhuǎn)，成為一個(gè)飛速轉(zhuǎn)動(dòng)、溫度極高的圓盤。類星體中吸積盤的溫度可超過(guò)1千萬(wàn)攝氏度，釋放出極其明亮的電磁輻射。
“黑洞是宇宙中最有效、最高效的引擎，”巴黎天體物理研究所的黑洞研究員瑪爾塔·沃倫特利指出，“它們將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的效率高達(dá)40%。相比之下，化石燃料的燃燒、甚至恒星的能量利用率都只有黑洞的零頭而已。”
超大質(zhì)量黑洞吸引科學(xué)家的不僅是它們的超高能量效率。它們的形成與演化顯然與星系的發(fā)育過(guò)程密切相關(guān)，甚至關(guān)乎整個(gè)宇宙的歷史和結(jié)構(gòu)。如果能解開這些宇宙巨物之謎，科學(xué)家對(duì)宇宙的了解也將向前邁進(jìn)一大步。
能量釋放只是黑洞“泄露”自身秘密的眾多方式之一。黑洞與其它密度稍低一些的天體（如中子星）合并或相撞時(shí)會(huì)形成時(shí)空漣漪，即我們所說(shuō)的引力波。引力波以光速在宇宙中傳播，2015年首次在地球上被探測(cè)到。自此之后，位于美國(guó)的LIGO和意大利的Virgo天文臺(tái)捕捉到了好幾次由這類相撞事件創(chuàng)造的時(shí)空漣漪。
不過(guò)，雖然這兩座天文臺(tái)的探測(cè)儀器長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，卻也只能探測(cè)到較小型黑洞產(chǎn)生的引力波。
“在LIGO探測(cè)到的合并事件中，黑洞質(zhì)量最多只有太陽(yáng)的150倍。”馬克斯普朗克天文學(xué)研究所星系核研究組帶頭人娜丁·紐梅耶指出，“目前，所謂中等質(zhì)量黑洞（即質(zhì)量約為太陽(yáng)1萬(wàn)倍的黑洞）的相關(guān)數(shù)據(jù)還較為欠缺。而這類黑洞其實(shí)有可能成為孕育超大質(zhì)量黑洞的種子。”
紐梅耶表示，中等質(zhì)量黑洞可能是早期宇宙中的巨型氣體云或恒星相互碰撞時(shí)形成的。在早期宇宙沖突頻發(fā)的環(huán)境中，這些中等質(zhì)量黑洞還可能繼續(xù)與彼此相撞，同時(shí)快速吸收周邊物質(zhì)，從而迅速增長(zhǎng)到了超大質(zhì)量規(guī)模。
不過(guò)，這套中等質(zhì)量黑洞理論也存在一定問(wèn)題。早期宇宙又小又熾熱，氣體云一直沐浴在充足的輻射中，按理說(shuō)能量應(yīng)該十分充足，不至于發(fā)生坍縮。并且即使在稠密的早期宇宙中，黑洞吸收物質(zhì)的速度也同樣會(huì)受到物理法則的限制。
沃倫特利表示，目前每一種對(duì)超大質(zhì)量黑洞的解釋都存在“瓶頸和缺陷”，因此暫無(wú)定論。
“這些理論都提及了我們所謂的‘動(dòng)態(tài)過(guò)程’，即一個(gè)黑洞可能由多顆恒星形成、而不僅僅是一顆恒星，但這些過(guò)程只有在限定條件下才能發(fā)生，”沃倫特利指出，“此外還有‘原始黑洞’理論，認(rèn)為部分黑洞也許早在恒星出現(xiàn)前便已經(jīng)存在了。不過(guò)這還完全是一片未知領(lǐng)域，沒(méi)有任何觀測(cè)結(jié)果作為佐證。”
沃倫特利表示，自己比較欣賞動(dòng)態(tài)過(guò)程理論，但也承認(rèn)按照該理論，黑洞質(zhì)量很難超過(guò)太陽(yáng)的1000倍。
“你想想，當(dāng)宇宙年齡僅有10億年時(shí)，類星體的質(zhì)量就已經(jīng)高達(dá)太陽(yáng)的10億倍了。如此龐大的數(shù)字是很難達(dá)到的。”沃倫特利認(rèn)為，超大質(zhì)量黑洞形成的真相還尚待揭開，“我們向下挖掘得越深，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題就越多。我們一定是漏了什么關(guān)鍵之處。”
好在最新一代的觀測(cè)儀器已經(jīng)開始彌補(bǔ)這方面的空缺了。Virgo、LIGO等天文臺(tái)正在為我們提供越來(lái)越詳細(xì)的“人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息”，包括黑洞的“體型”、年齡和位置等等。
但要想獲得超大質(zhì)量黑洞的數(shù)據(jù)，研究人員還要借助規(guī)模更大的探測(cè)器才行。
2030年起，NASA和歐空局將聯(lián)合發(fā)射激光干涉儀太空天線探測(cè)器（簡(jiǎn)稱LISA）。該探測(cè)器由三枚衛(wèi)星組成，呈三角狀分布，每邊長(zhǎng)250萬(wàn)公里。該衛(wèi)星陣列的工作原理與LIGO和Virgo類似，但規(guī)模更龐大，因此可以探測(cè)到超大質(zhì)量黑洞發(fā)出的引力波，這是現(xiàn)有技術(shù)所無(wú)法企及的。
已有線索顯示，地球正在受到超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的引力波的沖刷。2021年初，天文學(xué)家宣布在45顆脈沖星發(fā)出的輻射中發(fā)現(xiàn)了一些微小的偏差。雖然結(jié)果尚待確認(rèn)，但研究人員認(rèn)為，這些偏差可能是由超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的“引力波背景”造成的。
但還有一些更直接的方法可以幫助我們看到黑洞。事件視界望遠(yuǎn)鏡最近首次拍到了黑洞的照片，脫下了這類天體的神秘外衣，進(jìn)一步揭露了黑洞的性質(zhì)、以及黑洞的引力和磁性對(duì)所在星系的影響。天體物理學(xué)家還可以對(duì)星系核心黑洞附近恒星的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤，借此推斷出這些巨型天體的相關(guān)信息。
這類觀測(cè)活動(dòng)大多由地面望遠(yuǎn)鏡開展，它們都使用了所謂的“自適應(yīng)光學(xué)”技術(shù)。觀察者通過(guò)分析明亮的恒星（或人造激光束）來(lái)衡量影響圖像質(zhì)量的大氣畸變。計(jì)算機(jī)控制信號(hào)再對(duì)望遠(yuǎn)鏡鏡片的形狀進(jìn)行微調(diào)，從而修正這些畸變。這樣一來(lái)，我們不僅可以精確地觀測(cè)到數(shù)十億光年之外的星系核心，還能獲得大量超大質(zhì)量黑洞的相關(guān)數(shù)據(jù)。
紐梅耶是首批使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究星系核的科學(xué)家之一。“很難想象，從地球上觀測(cè)的分辨率竟然能超過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。”紐梅耶表示，“我一直在研究特定黑洞的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)星系質(zhì)量與黑洞質(zhì)量之間有著緊密的相關(guān)性：星系質(zhì)量越大，中央超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量就越大。這些天體成長(zhǎng)的步調(diào)有時(shí)十分一致。”
雖然存在這種相關(guān)性，但并沒(méi)有明確的證據(jù)證明，大型星系一定會(huì)生成大型黑洞，反之亦然。兩者之間的確存在關(guān)聯(lián)，但這種關(guān)聯(lián)的本質(zhì)仍然是個(gè)謎。
有一種解釋認(rèn)為，這可能與星系相撞有關(guān)。可觀測(cè)宇宙范圍內(nèi)大約有2萬(wàn)億個(gè)星系，其中大多數(shù)都在加速遠(yuǎn)離彼此，但星系仍有可能相撞，其中央的大型黑洞也會(huì)隨之合并成一個(gè)更大的黑洞。有些科學(xué)家認(rèn)為，那些大得可怕的超大質(zhì)量黑洞也許就是這樣形成的。
當(dāng)相對(duì)較小的黑洞相撞時(shí)，會(huì)在短短一瞬間釋放出巨大能量，發(fā)出的光芒耀眼到太空中的一切都顯得黯然失色。而如果兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞相撞，絕對(duì)是宇宙中最災(zāi)難性的事件之一。
不過(guò)，雖然科學(xué)家懷疑超大質(zhì)量黑洞之間也會(huì)合并，但由于黑洞動(dòng)力學(xué)方面的一個(gè)問(wèn)題，這種情況發(fā)生的概率也許很低。
隨著兩個(gè)即將相撞的黑洞越靠越近，它們會(huì)圍繞彼此旋轉(zhuǎn)得越來(lái)越快。但當(dāng)大型黑洞之間的距離達(dá)到一個(gè)秒差距（3.26光年）時(shí)，其軌道速度便會(huì)將引力抵消掉，導(dǎo)致它們接近彼此的速度大大降低，就宇宙目前的年齡來(lái)看，根本等不到真正合并的那一天。
盡管如此，物理學(xué)家還是相信這類合并事件的確會(huì)發(fā)生，只是需要一套新理論來(lái)解決所謂的“最后一個(gè)秒差距問(wèn)題”。也許有其它某種力量或能量，可以將兩個(gè)圍繞彼此旋轉(zhuǎn)的黑洞拉攏到一起。
宇宙中到處都是通過(guò)合并形成的星系，我們的銀河系就是其中之一，說(shuō)明的確會(huì)發(fā)生這種事件。當(dāng)星系相撞時(shí)，兩個(gè)星系中的恒星、氣體云、暗物質(zhì)和黑洞都會(huì)發(fā)生相互作用，致使原本的螺旋結(jié)構(gòu)遭到破壞。即使兩個(gè)星系只是擦肩而過(guò)，也會(huì)對(duì)雙方的結(jié)構(gòu)造成影響，因此很容易被我們發(fā)現(xiàn)。
但這也意味著，像UCG 11700這樣的星系中央的超大質(zhì)量黑洞無(wú)法通過(guò)星系相撞來(lái)解釋，因?yàn)樵撔窍档男螤钐^(guò)完美，說(shuō)明它從未與其它星系近距離接觸過(guò)。
“只有極少數(shù)的星系自誕生以來(lái)便一直‘孑然一身’、從未接觸過(guò)其它星系。”貝基·斯莫瑟斯特指出，“可以確定的是，這些星系中央的黑洞絕不是通過(guò)與其它黑洞合并形成的。”
這說(shuō)明，它們一定有著另一種形成途徑。
斯莫瑟斯特采用了倒推法，想弄清這些黑洞開始時(shí)需要有多大、才能增長(zhǎng)到如今的大小。模型顯示，形成于宇宙初期、質(zhì)量介于太陽(yáng)1千至10萬(wàn)倍之間的黑洞機(jī)會(huì)最大。這一范圍正好與紐梅耶的“黑洞種子論”相符。不過(guò)，這個(gè)尺寸的黑洞不太可能通過(guò)恒星坍縮形成。
還有一種理論認(rèn)為，超大質(zhì)量黑洞可能由暗物質(zhì)直接形成，天體物理學(xué)家正在探索這種可能性。暗物質(zhì)是一類理論上存在的粒子，雖然可以與引力發(fā)生相互作用，但對(duì)于光線和電磁波則完全隱形，我們對(duì)它的了解也少得可憐。如果將黑洞和暗物質(zhì)這兩大謎團(tuán)結(jié)合在一起，只會(huì)進(jìn)一步增加挑戰(zhàn)性。
“我們不知道的還有很多，”斯莫瑟斯特指出，“如果直接得出結(jié)論，稱黑洞都是由超新星爆發(fā)形成的，那未免太傲慢了。也許真正的解釋我們還根本沒(méi)有想到過(guò)呢。我期待著宇宙有朝一日給我們一個(gè)驚喜，對(duì)于整個(gè)科學(xué)界，那都將是重要的一天。”
接下來(lái)，更先進(jìn)的觀測(cè)儀器即將登場(chǎng)。NASA計(jì)劃于今年秋天發(fā)射詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，其規(guī)模和探測(cè)能力都達(dá)到了空前的水平，必定會(huì)成為研究超大質(zhì)量黑洞的寶貴工具。不僅如此，LISA天線發(fā)射升空后，也將為科學(xué)家提供憑借引力波觀測(cè)超大質(zhì)量黑洞的新途徑。
其他科學(xué)家則在著手繪制包含成百上千萬(wàn)個(gè)星系的位置、運(yùn)動(dòng)、形狀、大小等信息的詳細(xì)分布圖，也將為觀測(cè)人員和理論學(xué)家提供重要助力。
“該領(lǐng)域的工作節(jié)奏著實(shí)驚人，”斯莫瑟斯特表示，“我們對(duì)黑洞的研究?jī)H開展了一百年左右，但與宇宙140億年的歷史相比，根本不足以揭開所有謎團(tuán)。每次拋出一個(gè)問(wèn)題，都能得出至少五個(gè)答案。”
紐梅耶也贊同斯莫瑟斯特的觀點(diǎn)，認(rèn)為黑洞也許會(huì)給我們一個(gè)巨大的驚喜，遠(yuǎn)超所有人的意料之外。
“在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，我們?nèi)〉昧艘幌盗屑夹g(shù)發(fā)展，使得這些發(fā)現(xiàn)成為了可能，”紐梅耶指出，“我們還有許多已知問(wèn)題想要解決，但也想了解一些連想都不曾想過(guò)的新事物。我覺(jué)得這真的很棒。”