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神秘黑洞J2157,平均每天吞噬一個太陽,已持續126億年
2023/04/17

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黑洞是宇宙間最神秘的天體之一,黑洞的引力極其強大,以至于在進入黑洞的引力范圍內后,連光都無法逃脫。

它會吞噬周圍包括恒星在內的一切物質,像宇宙中游蕩著的幽靈,在吞噬中不斷增加自身的質量。

近日,澳大利亞國立大學的一個研究團隊發現了迄今為止增長速度最快的黑洞, 它每天吞噬掉的物質質量相當于一個太陽。

這個黑洞名為J2157,位于SMSS J215728.21-360215.1的星系中心,距離地球大約120億光年。

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早在2018年時,該研究團隊就觀測到了它,這是一個十分古老的黑洞, 在宇宙誕生12億年后它就已經存在了,也就是說J2157的年齡有126億歲了。不僅如此,它幾乎是早期宇宙最大的黑洞,相當于200億倍太陽質量。

近日,研究團隊利用甚大陣列望遠鏡對J2157再次進行了觀測,并修正了一些數據偏差。結果顯示,J2157的實際質量達到了太陽的340億倍,比最初的測量結果高出了70%。這意味著J2157的史瓦西半徑達到了670個天文單位,相當于1000億公里。如果把它放在太陽的位置,它的視界范圍可以延伸到日球層以外的5倍空間。

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即使和銀河系中心的超大質量黑洞人馬座*相比,J2157也比它大了8000倍左右。如果人馬座A*想要擁有像J2157一樣龐大的體型,它就需要吞噬掉整個銀河系近75%的恒星。

并且從分析結果來看,J2157的增長速度簡直的快的嚇人,它可以在一天時間里就吞掉相當于一個太陽質量的天體。

黑洞雖然連光線都能吞噬,但當它吞噬天體時,天體的氣盤會不斷涌入黑洞中。這會產生巨大的摩擦和熱量,在吸積盤上生成強烈的光芒。研究人員在分析吸積盤的輻射亮度時,計算出這顆黑洞每天吞噬掉的物質質量相當于一個太陽, 大約為2000億億億噸,只有這樣才能保持如此高的亮度。

它究竟有多亮呢?

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假如把它放在銀河系中心的位置,夜晚時它的亮度將是滿月的十倍之多。不過如果銀河系中心真的有個這樣的大家伙, 地球將不會像現在這樣存在生命和文明了。因為黑洞發出的大量X射線會殺死任何生命誕生的機會。

除了重新修正J2157的質量和吸積速度外,研究人員還修正了地球和它之間的距離,這個距離比原先增加了幾千萬光年。不過在原有120億光年的基礎上,再多幾千萬似乎也算不上什麼。

雖然J2157和太陽乃至人馬座*黑洞相比顯得十分龐大,吸積速度也十分令人矚目,

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但它仍然不是宇宙中最大黑洞。

距離地球104億光年外的 TON618是迄今為止發現的質量最大的黑洞,也是宇宙中最大的單一天體。它的質量約為太陽的660億倍,相當于銀河系總質量的1/23,比許多小型星系的質量還要大。

經計算,TON618的直徑大約為4000億公里,比體積最大的恒星史蒂芬森2-18還要大數百萬倍。這就使得雖然TON618距離我們數百億光年遠,但我們依然可以在望遠鏡中看到它耀眼的光芒。

不管是J2157還是TON618,這些超大質量黑洞的來源對科學家來說一直是個謎團。

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尤其是J2157,要知道在形成的時候,宇宙僅僅誕生十億年,此時整個宇宙中都沒有多少天體, 它又是如何成長到如此巨大呢?

現有的黑洞理論認為,黑洞是大質量恒星晚年死亡時演變而來,也就是說它實際上是恒星的殘骸。恒星起源于星際間物質在引力作用下的聚合, 按照質量會形成黃矮星和紅矮星等不同種類的恒星,在演化末期,又根據質量形成紅巨星或紅超巨星。最后放出星云或產生超新星爆發,剩余的物質就按照質量形成白矮星中子星或黑洞。

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既然是恒星死亡后的殘骸,黑洞的質量就注定不會一開始就特別大。雖然它可以通過吞噬周圍物質來壯大自己,但從理論上來說,一個黑洞至少要花3000萬年的時間才能使自己的質量增長一倍。像J2157這樣相當于上百億倍太陽質量的黑洞,需要極其漫長的演化歲月才能有如今當怕的體型。

按照常規理論來看,它顯然不可能發展的如此迅速。科學家猜測,這種超大質量黑洞可能起源于早期宇宙的某些關鍵時刻。 早期宇宙的物質密度非常大,在部分區域可以直接引力坍縮形成黑洞,它們名為原始黑洞。

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雖然近些年的觀測分析結果幾乎推翻了所有原始黑洞的形成模型,但還有一類原始黑洞被允許存在。這類黑洞的最初質量約為太陽的10萬倍,它們在宇宙大爆炸的第一秒就誕生了。這種黑洞會在短時間內吞噬周圍大量的物質,迅速壯大自身,最后可能就變成了我們如今觀測到的超大質量黑洞。

不過這也僅僅是目前的理論之一,超大質量黑洞的形成仍然是一個謎題。黑洞是宇宙中重要的組成部分,當我們找到謎題的答案時, 可能會對宇宙演化過程有更深入的理解。

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