银河系黑洞(银河系黑洞质量)
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银河系中心黑洞有多大?
银河系中心黑洞不可能只有一个,而是很多个,最大的那一个质量是太阳质量的400万倍以上。
研究小组通过对钱德拉太空望远镜的观测数据研究发现在银河系中心人马座A*附近至少存在300多个恒星级黑洞,以及大约10000个孤立的黑洞。而这仅是猜测的部分,在银河系中心可能拥有多达几万个小型黑洞。
人马座A*可能是最大的那一个,其视界直径达4400万公里,差不多是从地球到火星时最近的距离了,这是一张长着4400万公里长的倾盆大口。
黑洞是不会被看见的,所以观测那里空无一物,但是黑洞周边的事物却很诡异,比如恒星的运转轨道,如下:
可以看出恒星在靠近中心“空无一物”的地方时,速度明显加快,远离时速度变慢,就证明那里存在一个看不见的致密天体,答案就只能是黑洞了。
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银河系是一个体积和质量都非常巨大的天体,直径达到了约15万光年,其中有着数千亿恒星,但如果说其中哪个单一天体的质量最大,无疑就是银河系中心黑洞了。
银河系中心黑洞又被叫做人马座A*(注意有个*号,不是人马座A),它是位于银河系银心一个非常光亮及致密的无线电波源,最早发现于1974年,这个天体大约每11分钟自转一圈,从一开始,天文学家们就认为它是个超大质量黑洞。曾经有多个天文学研究团队尝试以无线电频谱拍摄人马座A*的成像,发现它的直径约为4400万公里,如果把这个天体放在太阳系中心的话,那么它的体积半径将接近水星的轨道。
银河系中心黑洞的质量约为太阳的431万倍,你们可以这样想象一下,就是在太阳到水星的轨道为半径的球体中塞进了431万个太阳,这个天体的质量该是多么巨大?
银河系中心黑洞是整个银河系的统治者,它的周围凝聚着大量的恒星,这些恒星绕着人马座A*运转,某些恒星最快公转速度甚至达到5000千米/秒,相比之下,我们太阳的运行速度只有250公里/秒,这说明银河系中心黑洞有着强大的引力,所以它的存在才有大量的恒星凝聚在银心,而银河系的银心又吸引了大量的恒星,由此组成了规模庞大的银河系。
但是迄今为止,我们仍然没有看到可见光范围内的这个黑洞的大小和样貌,这是由于黑洞本身是不可见的,但是它在撕裂一些天体物质的时候释放的能量也很巨大,发出的光芒可以让我们预估它的大小和特性。
天文学家发现近几年来银河系中心黑洞的活动正在增强,至少有三台X射线太空望远镜经过长期观测发现其X射线耀斑爆发的频率有增强的现象,之前的研究表明该黑洞每十天就会爆发一次明亮的X射线耀斑,然而2017年时X射线耀斑爆发已经变成一天一次,分析发现这种爆发式增长是因为一个被称为"G2"的天体接近"人马座A*"后不久发生的,这是一个国家的大量尘埃云的恒星,它靠近黑洞时所引起的频繁的耀斑爆发说明他正在被黑洞强大引力所吸引,很可能在不久的将来就被银河系中心黑洞吃掉,那么届时银河系中心黑洞周围就会爆发出强光,这样的事情通常数百上千年才会发生一次。
银河系中心有黑洞基本没有多大争议,关键现在还不确定黑洞的数量。科学家保守估计也得数万个黑洞。除了银河系,天文学家认为质量较大的星系中心一般都有超大型黑洞。
当然,银河系中心是黑洞的孕育地,这里天体密度最大,也有大量可供黑洞吞噬的“食材”。
黑洞中心的超级大黑洞有时也被认为是人马座A*。但是最新的研究发现,人马座A*只是人马座A里面的一个致密电磁辐射源,其旋转周期大约十分钟 ,所以有的科学家认为人马座A*只是距离这个超级黑洞很近而已,而并不是处于这个黑洞之中,要不然也不会发射出强烈的辐射源。科学根据距离超级黑洞视界周围的人马座A*发出的辐射以及引力透镜可以间接地研究这个超级黑洞,当然我们现在多了一个新的工具研究它,那就是引力波。
科学家曾大胆估计,银河系中心的黑洞质量下限起码是太阳质量的400万倍,上限还不清楚。
银河系诞生之初,中心地带是恒星的摇篮,其中有大量的气体星云,伴随着星系的旋转,这些星云变成了大吸积盘。
这个大吸盘的角动量基本可以带走周围所有的物质,于是越来越多的物质进入吸盘。在引力的作用下,吸盘中心的原子逐步克服了电子和中子简并压力,并形成原始黑洞。
在100亿年内,这个超级黑洞一直都在吃。保守估计,目前这个超级黑洞周围10光年存在数万个中型和小型黑洞。
当然,现在哥伦比亚大学的天体物理学家门发表了最新有关银河系中心黑洞的研究,并将成果发在《自然》杂志上。
该研究认为,银河系中心黑洞半径可能4000万千米,是太阳质量的四百万倍,距离地球两万六千光年。
施郁
(复旦大学物理学系)
银河系的中心有个强烈的射电源,被称作人马座A*。根据那里的物质情况判断,那里有个超大质量黑洞,质量大概是四百多万太阳质量。
超大质量黑洞与通常的黑洞有什么不一样呢?首先,虽然它们的质量巨大,但是密度却很小, 比水的密度还小,因为衡量黑洞大小的施瓦兹半径与质量成反比,而体积与半径的立方成正比,所以密度反比于半径的平方,也就是反比于质量的平方!而且,与密度一样,物体在视界所受的潮汐力也反比于质量的平方,所以在那里所受的潮汐力与在地球上类似。
事实上,绝大多数星系的中心都有超大质量黑洞。但是原因还不清楚。不过,如果在星系中心有个黑洞,那么它通过吸积物质,就可以不断地增加质量。可惜,最初作为种子的黑洞怎么来的呢?还不清楚。 天文学家提出了若干假设,包括来自与恒星的爆炸,或者自于恒星诞生之前的气体云的塌缩,乃至于来自宇宙早期的原初黑洞,等等。
在银河系中心的超大质量黑洞被称作人马座A*,质量大约是太阳的430万倍。这个黑洞的半径大约为2200万千米,即0.147天文单位,相当于太阳和地球平均距离的七分之一。天文学家发现人马座A*是一个无线电源,这是由一些气体和尘埃在落向这个黑洞的过程中被加热所产生的。而在这个黑洞周围,还存在一些绕行速度极高的恒星,轨道速度高达5000千米/秒,相当于光速的六十分之一,这是表明人马座A*是一个超大质量黑洞的最有力证据。据估计,由于霍金辐射,人马座A*会辐射出微不足道的温度,大约为10^-14开氏度。此外,整个银河系中的恒星并不是因为人马座A*的引力而围绕银心旋转,因为这个黑洞的质量与整个星系的质量相比微不足道。银河系的质量中心位于银心,这才是恒星绕银心运动的原因,人马座A*只是恰好位于银心罢了。
在宇宙中,有些超大质量黑洞的质量远大于人马座A*,可以达到太阳质量100亿倍以上。例如,在超巨椭圆星系Holmberg 15A的中心存在一个质量为太阳100亿倍的超大质量黑洞。而目前已知质量最大的黑洞是TON 618,其质量达到了太阳的660亿倍。
人马座A*是一个相对宁静的超大质量黑洞,而宇宙中还存在一些十分活跃的黑洞,它们被称作类星体。在这些黑洞周围,围绕着高速旋转的气体和尘埃,物质的剧烈摩擦释放出了极强的电磁辐射,足以覆盖它所在的整个星系,使其即便在宇宙深处也能从地球上被观测到。例如,TON 618就是一个类星体,这是一个极其明亮的类星体,亮如140万亿个太阳。
我们银河系数千亿颗恒星之所以能乖乖的绕银心转,就是因为银河系中心存在一个超大质量黑洞,这个黑洞的强大引力把银河系所有天体牢牢抓住。
银河系中心黑洞被称为人马座A*,质量是太阳质量的431万倍,直径是4400万公里,距离地球26000光年,正是这样的庞然大物产生的巨大引力才维持着我们的银河系。
最早发现银河系中心黑洞的是物理学家卡尔-詹斯基,当时他发现了银河系中心的射电波,进而推断银河系中心存在一个超强射电源,也就是人马座A*黑洞。
不久前科学家通过研究发现人马座A*的旁边还有成千上万个小型黑洞在绕其旋转,这些黑洞有时候会互相吞噬互相融合,再加上银河系中心盛产恒星,所以这些黑洞并不缺少食物,也正因为此,银河系中心的黑洞才能存在。
其实宇宙中绝大部分星系中心都有一个超大质量黑洞,因为只有超大质量黑洞的引力才能束缚星系中的千亿颗恒星,但是科学家并不清楚银河系中心的超大质量黑洞是怎么产生的,虽然说黑洞会随着吸收物质的增多而变大,科学家们想知道最开始的那个黑洞是如何产生进而吞噬周围的天体的。
银河系中心的黑洞在一定程度上维持着我们的银河系,但是科学研究表明在我们的银河系内还有许多看不见的暗物质和暗能量,这些物质也在束缚着我们的银河系。
银河系中心黑洞到底有多大?目前查到的资料是这样的:
1丶我们人类所在银河系,如一块扁平的大圆盘(形状或许类似一个中间厚、周边薄的大银饼)。直径10万光年,厚度2万光年。
2丶银河系中心,叫做银心。银心为一个类星体,叫黑洞。天文学给它起了奇特的名字:人马座A*黑洞,其质量相当于430万个太阳,直径2200万公里,周围有1500亿颗恒星围绕着它旋转。
3丶由于人马座A*黑洞威力巨大,没办法,我们人类所在太阳系也不得不围绕它旋转。
4丶其实,我真不知道银河中心有什么,上面写的都是听少数专家们说的。信不信由你。未来有新发现再说。反正人类对宇宙的认识是在不断深化。有人告诉我,对宇宙的认识是无止境的。
5丶银河系是总星系的组成部分,我们还可以继续问:总星系的中心是什么?好象查资料也查不到。
6丶那么,宇宙大爆炸的太初奇点如今在宇宙的什么位置?它会是宇宙的中心吗?
银河系中心的黑洞被称为“人马座A*”,它的质量大约是太阳的430万倍,可以称得上是一个超大质量黑洞了(但不是最大,宇宙还有比它大很多倍的黑洞)
这个黑洞离地球的距离大约2.6万光年,但我们不用担心哪天会被它吸走,虽然它质量看上去挺大的,但表面上的半径只有数千万公里,和光年是不能比较的。
并且同整个银河系的质量(数千亿倍太阳质量)相比较,这颗黑洞不算什么,只是它的位置恰好在银河系中心而已。
这颗黑洞的发现还要追溯到上世纪,科学家在银心附近发现了一个强射电源,随后进行了数十年的检测,最终才得出了银心附近存在一个超大质量黑洞的结论。
最后,这颗黑洞实际上并不能带动整个银河系转动。前面也讲了,因为它的质量只占整个银河系质量的一小部分。
因此银河系内部存在着我们看不到物质,它提供了更多的引力来源,这种物质就叫做“暗物质”,但我们对它所知甚少。
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银河系中心黑洞有多大?
也只有黑洞这种前途无量的天体才能HOLD住银河系数千亿小兄弟,但很多朋友可能会觉得比较诧异,像黑洞这样的天体是如何观测到的呢?又是如何去计算其大小呢?
核心区方向隐隐绰绰的尘埃带,银心核球方向的光线难以穿透厚厚的银盘尘埃带,不过黑洞的吸积盘所发车的高能X射线给我们帮了大忙!
银心方向Sgr A*的物质吞噬后的X射线耀斑爆发.....这得以让科学家可以根据其吸积盘耀斑爆发的能级计算出银心黑洞的质量!当然根据银心黑洞质量还有根据观测到的银河系天体数量规模来测算中心黑洞的质量,但暗物质的存在干扰了这个数据的准确度,但现代天文学依然可以根据多方的数据最后修正的黑洞质量约为太阳的400万倍!可能很多人对这个400万倍太阳质量的黑洞没啥概念.....但其史瓦希半径约为1270万千米,太阳的直径只有140万千米哦,接近太阳直径的9倍!
但银心方向并不只有Sgr A*一个黑洞,钱德拉X射线望远镜发现这些白色圈内都是X射线异常区域,据估计这里每一个圈圈都可能是黑洞!甚至达数千个之巨!
Sgr A*附近天体的运行轨道!
距离地球最近的星系(非爱星系)M31,其中心有一个高达太阳3000万倍的黑洞,而草帽星系的黑洞则更是高达十数亿倍!而观测到的最大的黑洞则是:
黑洞S5 0014+81,其史瓦希半径是冥王星距离太阳的47倍,中间那个点就包含了冥王星在内的整个太阳系!!!
在回答这个问题之前,咱们先来了解一下银河系,银河系是一个拥有四条旋臂的棒旋星系,自内到外由银心、银核、银盘、银晕、银冕组成,银河系中央区域多数为老年红色恒星,
以白矮星为主,外围区域多为新生和年轻的恒星,利用放射性年龄测定法即核纪年法测定银河系中的老年恒星年龄为145亿岁,误差上下20亿岁,基本与宇宙138亿岁年龄相当。银河系直径大约10万光年,其中银核直径为2万光年,
我们太阳位于其中猎户支臂上,距银心2.6万光年。银河系大约有 1000亿――4000亿颗恒星,还有大量的星团、星云以及大量的星际气体和星际尘埃,整个可观测银河系总质量约为2100亿个太阳质量,其中全部恒星质量约为1000亿个太阳质量,这是我们银河系的基本情况。
在银河系的中心有一个超重黑洞(人马座A*),位于人马座A,是银河系最强的射电源,每11分钟旋转一圈。质量大约为440万个太阳质量,体积半径小于67亿公里。所有的恒星系都围绕银心公转,大家千万不要误会:所有的恒星并不是围绕这个黑洞在转,因为它虽然比太阳大得多,但比起整个银河系而言太小了,不足以担当中心天体的重任,只不过它恰巧处于银心区域而已(实际上只有它邻近的少量恒星在高速绕转它,其中有一个名为S2的恒星轨道速度达到5000公里/秒,周期为15.2年。这是表明这个人马座A*是个超大质量黑洞的有力证据。),而所有的恒星是围绕银心在转。不过大家还要注意:整个银河系的质量并不是集中在中心,在银河系边缘有大量的暗物质,理论上距中心大质量天体越远的恒星运动速度应该越慢,可实际上人们发现银河系边缘恒星的运动速度比根据银河系质量理论上计算的要大的多,于是人们猜测银河系一定存在看不见的暗物质,且处于银河系边缘。理论计算银河系总质量为10000亿个太阳质量,去掉可观测银河系质量2100亿个太阳质量,暗物质约有8000亿个太阳质量。
现在可知每个星系中心都有超大质量黑洞,质量约占星系的0.5%,咱们银河系中心的这个黑洞质量也不算特别突出,目前已知最大的黑洞是位于北天极附近的类星体Ton618中的超级黑洞,质量为660亿个太阳质量,体积半径3840亿公里。
银河系的中心是个巨大的黑洞吗?
确实是这样的,银河系中心有超大质量黑洞,而且不止银河系的中心,其他大部分星系中心都有一个超大质量黑洞,它的名字是SGR A*。
M87中心黑洞拍摄图
Sgr A*的发现归功于两位天文学家,BruceBalick和RobertL.Brown,他们在1974年发表了一篇论文,描述了位于银河系中心的一个明亮的射电源。 天文学家们已经知道有很多无线电波来自银河系中心附近。卡尔·詹斯基是贝尔电话实验室的一名物理学家,当他在上世纪30年代初偶然发现这个发现时,他正试图找出电话公司可能不得不处理的静电源。
詹斯基想进一步调查一下为什么无线电波来自星际空间,但是贝尔实验室对此并不感兴趣,而且几年来没有人跟进这一发现。 尽管无线电源是在1974年被发现的,但SGR A*这个名字直到1982年才出现。天文学家们提出了另外几个名字,比如GCCRS,这个名字有无线电源头的意思,但它们没有被接受。
布朗提出了Sgr A*的名字,星号符号被用于原子物理学中,指处于高能状态的原子,描述银河系中心黑洞这个符号是不可缺少的,布朗认为这将是一个很好的类比。我们银河系中心黑洞大约有4400万千米的直径,距离我们25000光年左右,太阳系每2亿年左右就会绕中心一圈,而黑洞本身每11分钟就会自旋一圈。
这张图包含来自钱德拉和哈勃太空望远镜的红色和黄色红外辐射。这些新发现是钱德拉有史以来最大的观察计划之一。在2012年,钱德拉收集了价值约5周的观测数据,捕捉到了前所未有的X射线图像,以及围绕Sgr A*旋转的数百万气体的能量特征。
银河系中心确实有一个超大质量黑洞。
在宇宙中,质量是一个核心因素,我们知道天体的运行是因为有万有引力,而万有引力和质量有关,用爱因斯坦的看法就是,质量越大,时空的弯曲程度就越大,附近的天体会沿着测地线运动。所以,宇宙是一个 质量为王 的地方。
而银河系包含了1500~4000亿颗恒星,还有存在大量的星际物质,可见的总质量大概是太阳的1.5万亿倍。所以,要让这么多东西围绕着中心转,就必须得有个超大质量的天体,而黑洞恰恰就是宇宙中超大质量的存在。
所以,科学家猜测,大部分星系的中心应该都存在着一个黑洞,当然也包括我们所在的银河系。这次拍到的黑洞照片就是 M87星系的中心黑洞 。而拍摄黑洞的团队其实也对银河系中心黑洞进行了拍摄,但是因为效果不好没有发布。
其实,早在1974年,科学家就间接发现了银河系中心黑洞: 人马座A* 。并估算出它的质量大概是431 ± 38万,或者410 ± 60万太阳质量。这个黑洞很有可能是我们最近的黑洞。
这没什么好说,银河系中心就是个巨大的黑洞,质量有太阳的400万倍。银河系所有的天体都在它巨大引力的牵引下周而复始的旋转,包括太阳系。
这个黑洞是半人马座a*,是天文学家在1974年2月发现,距离地球有2.6万光年,它旁边是人马座a东星、a西星。
人马座a东星约有25光年宽,由10万年前的超新星爆炸而来;人马座a西星是个螺旋结构,约有20倍太阳质量。
人马座A*就是这个问题的主角。它位于银河系中心,距离地球2.6万光年,是个超级大质量黑洞,质量是太阳的400万倍,光晕半径有1.7952×10¹⁰千米(120天文单位)。从它内部喷射出的每个巨大的羽状烟雾气体有100光年之长,并且不断喷出10倍烟雾气体的伽马射线。
黑洞是不可见的,科学家能够观察到这个巨型黑洞都观测到它周围的视界引力范围辐射出的热量判断出的。因为它总是贪婪的吞噬周围的物质,这就会释放出x射线、电磁波及引力波,在它快速旋转的吸积盘内聚集的热量高达10亿度。
后来又 对人马座A*黑洞经过了16年天文观测,研究员哈德·根舍表示已有确切证据初步证明这个超级黑洞的存在。
是的,银河系中心就是个超级大质量的黑洞。
在大的星系中心一般都会有黑洞的存在,本次人类首次黑洞照片公布的就是位于M87星系中心的黑洞,而这次“事件视界望远镜”拍摄的对象除了已经公布的M87星系黑洞,还有位于我们银河系中西的人马座A*大黑洞。但首次公布的照片并没有银核中心黑洞,可能经过更多的数据处理,随后才会公布。
人们是在研究银河系中心的恒星运动时发现了人马座A*大黑洞
通过对于银河中心银核附近恒星的运动,发现该区域的质量为太阳的260万倍,空间范围却小于太阳系。而且通过美国的钱德拉X射线望远镜观察到银核区域的X射线非常强烈。
天文学家认为,在银河系中心的人马座A*是个一个超级大质量的黑洞,它不断吞噬周围的天体,附近环绕的气体温度极高,螺旋式的坠入黑洞,形成明亮的吸积盘。
银核中心的大黑洞据估算是在银河系早期形成,
银盘中的恒星不断撞击合并,最后坍缩,造就了这个质量超级巨大的怪物,我们的太阳系也是在太阳的带领下绕着银核中心以220千米每秒的速度转动,太阳的轨道周期为2.4亿年,现在已经围绕银心转了20来次了。
每个星系中心必须有个巨大的引力天体,目前具有这个庞大引力(引力范围几十万光年)的天体无疑就是黑洞,星系大小跟黑洞大小有关系,越大的黑洞产生更远距离的引力,银河系接近二十万光年直径,那么中心黑洞质量和引力是巨大的,不过在茫茫宇宙中银河系只是普通的星系,算平均水平,更大的星系中心黑洞会更加巨大,不过黑洞质量引力巨大并不意味它的实际实体大,银河系黑洞实体最多比地球大一点,大家知道地球如果成黑洞体积就篮球大小,可以想像银河系这个黑洞实体该多么巨大,不可想象它的质量和引力,还有磁性!
应该是的,但是这次发布的不是银河系中心的照片,而是M87。
这次首发的黑洞照片是一个叫做“时间视界望远镜”的项目,这个项目由全球很多国家的科学家和科研机构一起搞。他们的观测目标主要是俩,一个是我们银河系的中心,也就是半人马座A*(读作半人马座A星,带星的表示中间那个东西,不带星的表示半人马座A)。另一个就是M87的中心。而这个照片,就是M87的中心。
在很久很久之前,我们就通过已知的物理定律,推算出来了在星系的中心可能是一个黑洞。这主要是通过计算天体的质量达到多大时,引力就可以克服中子简并压力,这时就没有什么力量可以阻止这个天体进一步坍缩了,它就会变成一个黑洞。
我们观测遥远的星系,可以根据恒星的光谱来判断这个恒星的质量大小。因为恒星发出的光,和它的质量有关系。大家可以想象成越大的烟花会爆炸的越亮,成分不同的烟花,会显现出不同的颜色,恒星也是如此。通过这些天体的运动方式,我们就可以计算出他们之间的质量关系,从而得到这个星系中心的大概质量。如果这个质量远远大于3.2倍太阳质量,那就都有可能最终坍缩成一个黑洞。
而这次的目标,也就是M87,它的质量可以提前计算出来是65亿倍的太阳质量。那这肯定是个黑洞没跑了,否则之前的理论就有问题了。
所以在他们放出这个照片之前,我们是根据已知的物理定律和数学计算出来的,这个M87中心的大质量的天体,就应该是黑洞。这次照到照片之后,我们又可以确定之前的理论没有问题,黑洞是真实存在的。
没什么问题的话今后还会放出银河系中心黑洞的照片,科学家们最喜欢的就是观测结果符合理论值,就好像强迫症患者一样。
是的,而且不止一个。黑洞是银河里已知的终极能源,就好比太阳之于太阳系。它的管理者是天蓬元帅,天蓬原本是后羿徒弟庞蒙托世,前世觊觎嫦娥,后世更是不知悔改,这才被玉帝罚投了猪胎。所以,二师兄猪猪本来是银河系能源部长,却要跟随唐朝和尚去往天竺糗经,这下,我们知道中国与印度对于整个银河系文明的重要性了。所以,中印两国终将是银河要留存到最后的火种,直至时间熄灭,跨入下一个时空奇点,宇宙重生之时。
目前的观点确实如此
这就好像在问太阳系中心是个黑洞吗!
是的,是一个黑洞。但是直径不到银河系直径的亿分之一,所以相对概念上并不"巨大"。
银河系中心的超级黑洞究竟有多大?
银河系中心的黑洞十分巨大,它的直径有2400万公里这么大。
银河系中心与地球相距2.6万光年的“人马座A”其实是一个质量超大的黑洞(约为太阳的400万倍)。科学家们还发现在“人马座A”的周围还存在着一个中型黑洞。也就是说,在银河系的中心地带其实总共分布着两个黑洞。那么这个黑洞究竟有多大呢?
距银河系核心3.3光年内的若干X射线源拥有比例非常高的最高能量波长的辐射。关于星系演化的现有模型显示,仅能在靠近人马座A*的区域发现一个此类辐射源,而此次探测到了12个。可以说是非常巨大了。
关于银河系黑洞多种说法,下面还有两种说法:
银河系黑洞是一个距离地球大约27000光年,一个400万太阳质量的黑洞。
黑洞主要有两种类型,那些规模较大的黑洞主要形成于大型的星系中间,这次发现的是另外一种,即恒星黑洞,它们大多是在大型星球爆炸时产生的。星球爆炸时大多数物质会被炸飞,但如果留下的物质足够大,大约是太阳的2到15倍,那么它们就会形成黑洞。
银河系中心的黑洞十分巨大,直径长达2400万公里,那么,它对地球是否能够构成威胁。
答案是否定的,我们绝对不会被大黑洞吸进去,因为黑洞离我们太远了。实际上,地球与银河系中心的超级黑洞相距25000光年,相当于数万亿公里的距离。地球现在仍处于安全的境地。
银河系黑洞到底有多大?
我们的宇宙包含一些巨大的黑洞。我们银河系中心的超大质量黑洞的质量为400万个太阳,但随着银河系黑洞的消失,它的大小却很小。许多银河系黑洞都有十亿个太阳质量,据估计,已知最重的黑洞有近700亿个太阳质量。但是,黑洞到底有多大?
根据对最大黑洞的观察以及对黑洞形成方式的计算机模拟,可以认为银河系黑洞的质量上限约为1000亿太阳质量。但是新的研究表明质量极限可能更高。
研究指出,尽管银河系黑洞确实有千亿太阳质量极限,但在宇宙的早期,可能会独立形成更大的黑洞。这些原始的黑洞的质量可能比最大的银河系黑洞大一百万倍。研究小组称它们为“大黑洞”或“ SLAB”。
原始黑洞的想法已经存在了很长时间。人们提出将它们作为解决所有问题的解决方案,从暗物质到为什么我们还未在太阳系中发现假设的第九颗行星。但是理论模型表明,原始黑洞甚至比恒星质量的黑洞要小得多,后者是由早期宇宙中微小的密度波动形成的。但是这项新的研究表明,暗物质和其他因素可能会使其中一些变得惊人地大。
如果早期宇宙中富含暗物质,特别是一种称为弱相互作用块状粒子(WIMP)的暗物质,那么原始的黑洞可能会消耗暗物质以使其迅速生长。由于暗物质不会与光强烈相互作用,因此捕获的暗物质不会发出太多的光或热量来抑制生长速率。结果,即使在宇宙冷却和星系形成之前,这些黑洞也可能是巨大的。SLAB的质量上限取决于WIMP暗物质如何与自身相互作用,因此,如果我们发现任何SLAB,则可以帮助我们了解暗物质。
我们尚未发现任何惊人的大黑洞。它们可能藏在遥远的星系的心脏中,但也可能潜伏在银河系星团之间的广阔空间中。否则它们可能不存在。但是寻找它们是值得的,因为找到一个将是一个真正的惊人发现。
银河系有多少黑洞超出你想象?
黑洞是存在宇宙中的一种天体,引力非常的大,黑洞我们目前无法观测得到,但是却可以观测到它对其他事物的影响,那么银河系有多少黑洞呢?下面就由星座知识为大家揭晓下吧!一起来看看吧!
银河系中有多少个黑洞?这个直截了当的问题被证明是极其困难的,因为黑洞很难直接探测。然而科学家们不仅已经开发出了寻找的间接方法,我们还了解了宇宙是如何形成的,从恒星和恒星残骸,如果我们能理解在银河系历史上不同时期存在的不同恒星,我们就能准确地推断出今天银河系中有多少黑洞和质量。
来自加州大学欧文分校的三位研究人员进行了一项全面的研究,首次估计了在银河系中发现的黑洞的数量。不仅我们的星系充满了数以亿计的恒星,而且我们还拥有多达1亿个黑洞。
黑洞本身我们是看不见的,但在无线电和x射线的辐射下,它们可以让我们进入它们的位置和物理性质。现在我们得到的最好的证据来自x射线和无线电发射源,与其他更活跃的星系的观测结果一致,我们现在相信包括我们自己在内的每一个巨大的星系都包含一个超大质量黑洞。
尽管这些是最大规模的黑洞,但它们并不是最常见的。事实上,宇宙有三种形成它们的方式,它们都起源于大质量恒星:1、当一颗恒星超过某一临界质量时,也许是20到40倍的太阳质量,它的核心耗尽了核燃料在Ⅱ型超新星爆炸中结束生命,它的核心坍缩成一个黑洞。2、在不同的情况下一个巨大的恒星(也超过20个太阳质量)可以直接坍缩成一个黑洞,没有任何超新星信号(或吹掉它的外层)。3、当两个中子星合并或碰撞时其质量的3%-5%就会被抛入星际介质中,其余的则形成一个黑洞。
因此如果我们能弄清楚星系是如何形成的,成长起来的,并在它们的历史上创造了恒星,我们就可以运行模拟,星系中应该存在多少黑洞。这正是奥利弗·埃尔伯特、詹姆斯·布洛克和ManojKaplinghat最近试图做的工作。他们发现有三个问题需要知道答案,才能得出黑洞的估计数量:1、星系的总质量是多少?2、银河系的总质量是多少?3、星系的金属丰度如何?(即星系质量的百分之多少是比氢和氦重的元素?)
如果你能观察和或重建这三种属性,你不仅能分辨出里面有多少个黑洞,而且还能分辨出这些黑洞的典型质量。
一个包含超大质量黑洞的小星系的x光和光学图像,其质量仅为太阳质量的几万倍。在这样一个小星系中,黑洞的数量可能比我们银河系中要少得多,但它们应该比我们星系中更有质量。
他们的发现有点违反直觉,大多数较小的黑洞(大约10倍太阳质量)是在银河系大小的星系中发现的,但较大的黑洞(约50倍太阳质量)更有可能出现在矮星系中,只有我们自己的1%。根据首席作者奥利弗·埃尔伯特所说:根据对不同类型星系中恒星形成的了解,可以推断出每个星系中形成了多少个黑洞。大星系是老恒星的家园,它们也有较老的黑洞。
这一切的原因都与在里面的重元素的分数有关。
19世纪的超新星爆发了一次巨大的喷发,将许多太阳的物质从埃塔·卡林厄斯(EtaCarinae)的星际介质中喷射出来。像我们这样质量恒星以一种在更小、更低金属的星系中不存在的方式,喷射出大量的质量。
当形成一个巨大的恒星时它并不一定永远是巨大的。恒星演化的物理学意味着许多恒星通过喷射事件在时间上失去质量。在它里面的元素越重,恒星失去质量的可能性就越大,因此就更有可能形成质量较低的黑洞。在银河系中有很多重元素,特别是越来越多一代的恒星。但在低质量的矮星系中,重元素要少得多,这意味着形成的黑洞可能会偏向于更重的质量。
恒星爆炸星系Henize2-10,距离3000万光年远。更大的、质量更高的星系,比较小的星系有更多的黑洞,但较小的星系,有更大质量的黑洞。
但值得注意的是这是平均的,实际上许多不同质量的黑洞应该出现在所有类型的星系中。我们最终要回答的一个大问题是这些黑洞的质量分布可能在每个星系中。
对宇宙中恒星的总体数量以及它们出生时的质量分布有了很好的了解,所以我们可以看出有多少黑洞应该由100个太阳质量或10个太阳质量组成。我们能够计算出有多少个大黑洞应该存在,最终以百万计,比预想的要多。
这些巨大黑洞的大量存在,对于解释LIGO最近发现的黑洞合并有着巨大的意义。
在LIGO之前并没有预料到30个太阳质量的黑洞会吸入和合并到一起,但LIGO已经告诉我们这些合并很可能是无所不在的。在最近的研究中有这么多的黑洞,将告诉我们LIGO迄今为止所看到的可能并不是特别的或不寻常的。在如此多的黑洞中只有一小部分需要在融合的轨道上解释LIGO信号,研究表明只有0.1到1%的黑洞的合并被LIGO看到。
虽然我们已经看到黑洞在宇宙中直接合并了三次,多亏了这项新研究,我们可以准确地预测出不同质量分布的黑洞。
天文学家的下一步将是尝试将引力波信号与光信号相互联系起来,以确定这些不同的合并和信号发生在哪个星系。在接下来的十年里如果这个事件的速度与这项新研究一致,我们应该预计会看到黑洞合并,其中一个成员的质量可能是50倍太阳质量。此外我们应该开始能够辨别这些高质量的黑洞是否更倾向于聚集在较小的星系中,就像预测的那样或者更大的星系是否占主导地位。
巨大的恒星残骸比以往任何时候都更加明亮。仅在我们的星系中就有1亿个黑洞,在宇宙中拥有数千亿个银河系大小的星系,黑洞的数量更是不计其数。不过,人类的技术和科学也在进步,相信有朝一日,能够回答这些问题。
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银河系中心的黑洞有多大?为何难以被观测?该如何取得突破?
为了分辨黑洞,我们只能建造地球大小的望远镜吗?或另有办法?
天体物理学中最令人兴奋的发现之一是:黑洞并非仅由那些质量为太阳的几倍到100多倍的大质量恒星内核坍缩而成,此外,黑洞中的庞然巨兽——超级黑洞——同样存在。
这些黑洞存在于星系中心,它们的质量达到了太阳质量的几百万甚至几十亿倍,而其中之一就在我们的银河系中。目前为止,我们只能间接观测到它,然而这对我们的问题回答者富兰克林·约翰斯顿来说,是远远不够的。他回答道:
我知道我们的星系中有一个大质量黑洞,但究竟需要靠多近才能看见它?我猜你不需要靠近黑洞的事件视界,但考虑到它周围的恒星,以及被吸进去的灰尘和碎片,即便你正好处在星系表面的上方或下方,你似乎也不可能从任何的可观距离上看到它。
图解:电影《星际穿越》中的黑洞显示出事件视界 图源:bing
先来告诉你我们是如何得知自己所处的星系中心有一个黑洞的。
在可见光下,在我们的星系平面中发现的大量灰尘遮挡了我们的视线,使我们无法看到星系中心。但在红外线、X射线和无线电之类的其他波长下,我们可以透过灰尘探测到许多不同寻常的事物,包括以惊人的速度移动的炽热气体、黑洞乱吞物质时偶然出现的耀斑,以及更具说服力的:单个恒星沿轨道运行到某一点后便都不再发光。
这个“点”是一个重达四百万个太阳质量的超大质量黑洞。黑洞质量越大这个点就越大,最起码黑洞表面所占的物理空间就越大,或者说,它周围不再有光能逃逸出来的范围就越大。如果我们的地球以某种方式转变成一个黑洞,它将极其微小:它的事件视界直径只有0.7英寸(1.7厘米)。如果我们的太阳做相同的转变,它却会大得多:大约4英里(6千米)宽。
银河系中心的超大质量黑洞直径为1470万英里(2360万公里),约为水星绕日轨道大小的40%。需要注意的是:其他星系中的黑洞比它大很多。它们只是离得远得多,不是几千光年,而是几百万光年。
作为单体,黑洞是非常巨大的,它使空间扭曲的广义相对论效应也被放大,产生更加深远的影响。然而,尽管空间里的庞然大物更容易被看到,它却仍因太过遥远而极其难以分辨。黑洞自身的物理尺寸只有19微角秒,也就是一角秒的百万分之19(1度= 60角分= 3,600角秒=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒),却远在约26000光年以外的地方。
相比之下,哈勃空间望远镜的最佳分辨率约为26毫角秒,比观测黑洞所需的分辨率大了1000多倍,无法分辨出黑洞。
理论上讲,如果我们靠近许多——只有几百光年远——我们就可以直接得到它的像。但这在实践领域是不可行的。不过,我们可以用一种技巧来克服这种局限。你知道的,光只有确定的几种波长,而无线电和X射线的特别之处就在于:在它们的波长下,即便是黑洞也能立刻变得非常“明亮”,或者,从黑洞旁经过的物体也能以逆光的方式照亮黑洞的事件视界。
说到分辨率,通常来讲,我们看物体的清晰程度是由望远镜的镜片尺寸决定的:你的望远镜镜片适用于多少种波长的光。这就解释了为何钱德拉X射线望远镜相对较小分辨率却极高:X射线的波长很小,当中的大部分都能通过望远镜镜片。这也是射电望远镜——比如在阿雷西博的那个——如此庞大的原因:无线电波的直径可达几米长,因此要用巨大的望远镜来获得极佳的分辨率。
图解:NASA晒钱德拉望远镜庆生照20年过去仍有世上最强视力 图源:bing
图解:世界最大射电望远镜 图源:bing
但也可以用一种变更方案来获得更好的分辨率,这意味着我们无需建造一台地球大小甚至更大的望远镜来直接得到黑洞的像:我们可以使用由长基线分离的望远镜阵列。它们只有单个望远镜的聚光能力,意味着会使物体看上去非常模糊,但它们获得的分辨率却相当于一个尺寸与阵列中最远的两台望远镜间距近似的望远镜所能获得的。
这正是事件视界望远镜背后的想法:我们计划依靠甚长基线干涉技术观测短波无线电(波长约1mm)来完成此类精确测量。有两种方案:七站式阵列和十三站式阵列,二者均能通过直接成像来回答“黑洞的事件视界是否真实存在”这一问题。
图解:2017年4月份参加EHT观测的8个VLBI台站,其中由于位置限制,位于南极的SPT望远镜无法观测到M87* 图源:EHT
图解:VLBI基站(筑波, 茨城, 日本) 图源:wikimedia
星系中心的黑洞人马座A*是个理想的观测对象,因为根据预测,它的事件视界是地球上可见的最大者。十分有趣的是:第二大的应当是在M87(atop)中心的黑洞,M87是室女座星系团中最大的星系,比事件视界望远镜的目标分辨率大了五倍,意味着我们可以观测到黑洞喷流空前的细节,窥见这些超音速喷射特性的形式和行为。
图解:人类拍摄到的首张黑洞照片,M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影” 图源:bing
但是,如果你的问题都是关于如何用你的肉眼看到它,那我要告诉你坏消息了。
人类肉眼的分辨率只有微小、可怜的60角秒,意思是假如你想用肉眼分辨一个直径为19微角秒的东西,你需要再靠近约三百万倍,或者在距离约546个天文单位的地方。太阳是离我们最近的恒星,第二近的是半人马座比邻星,在约4.24光年之外,或者说,268000个天文单位!是的,这个东西离我们必须比次临近的恒星再近500倍,你才能用你可怜的肉眼观测到它。
我的建议就是不要离开望远镜,它不仅比那漫长的星际旅途要快捷、经济得多(也不那么危险),还更有价值。因为用望远镜阵列观测到的,远比用眼睛看到的多!
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
translate: Leo
author: Ethan Siegel
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