對目前的科學界來說,黑洞絕對算得上是最神秘的天體。
雖然愛因斯坦早在20世紀初就在廣義相對論中預言了黑洞的存在,但天文學界直到2019年才拍到了第一張真實的黑洞照片,也就是5500萬光年外的M87星系中心黑洞,質量為太陽的65億倍。
這張好似蜂窩煤一般的照片所表現出的黑洞本體和吸積盤,也宣告了天文學界目前的黑洞外圍理論是正確的。
以往這個問題是無法被回答的,因為黑洞不像星系和恒星一樣能被望遠鏡直接看見,天文學家想確認黑洞的存在,只能去分析恒星的運動軌跡,如果發現一顆恒星在繞一個「肉眼不可見」的引力源運動的話,就證明這顆恒星周圍存在黑洞。
這種發現一顆記錄一顆的方法,顯然不可能統計出全宇宙的黑洞,所以天文學界采用了估計法,他們認為占宇宙質能總量5%的普通物質,也就是可見物質,至少有1%被吞噬到了黑洞中。
這1%被黑洞吞噬的質量,按照黑洞質量分布去分配的話,大約是40,000,000,000,000,000,000個,也就是說宇宙中至少存在40萬億個黑洞。
看到這里妳也許會覺得這個數字有點夸大了,但其實一點都不夸張,因為在直徑930億光年的可觀測宇宙里,天文學家估計至少存在2萬億個星系,每個星系的中央基本上都有一顆超大質量黑洞。
至于剩下的38萬億個黑洞,主要由大質量恒星晚年坍塌而成,在平均每個星系都有上千億顆恒星的情況下,2萬億個星系內的恒星加起來,是完全能產生38萬億個黑洞的,因為兩者根本就不在一個量級上。
不過由于我們的太陽屬于中等質量的黃矮星,所以50億年后并不會變成黑洞,而是會變成一顆每立方厘米質量達到數噸的白矮星,數千億甚至數萬億年后,這種白矮星還會冷卻為黑矮星。
但相比大質量恒星晚年坍塌成黑洞的「清楚明晰」,天文學界對于超大質量黑洞的形成,目前還是一頭霧水。
因為星系中心的超大質量黑洞,往往具有幾百萬甚至幾百億個太陽質量,如此巨大的質量絕不可能是恒星坍塌而來的,也不可能是由眾多小黑洞融合而來的。
思來想去只有一種可能,那就是這些星系中心的超大質量黑洞屬于「原初黑洞」,是在宇宙大爆炸不久后就誕生的第一批黑洞。
但宇宙大爆炸為什麼會產生黑洞呢?
這個問題廣義相對論可以回答,因為黑洞在廣義相對論中就是「質量堆積于時空一點」的產物,而大爆炸恰恰就是「能量轉化為質量」的過程,在138.2億年前大爆炸那一刻,能量分布伴隨著時空的劇烈膨脹而變得不均勻。
當這種「不均勻」超過一定限度后,就會在引力作用下發生坍塌,成為宇宙中第一批黑洞,同時由于大爆炸的能量是有史以來最大的,所以產生的原初黑洞質量也大得驚人,絕非後來的恒星級黑洞能比。
這些質量巨大的原初黑洞,後來就成為了每個星系中心的超大質量黑洞,但僅靠這些原初黑洞是無法掌控星系內數千億顆恒星的。
拿銀河系來舉例,銀河系中心440萬倍太陽質量的超級黑洞人馬座A*,是絕無可能憑借一己之力維持銀河系內1000億到4000億顆恒星的引力平衡的,銀河系之所以能保持穩定而不是分崩離析,很大程度上是因為遍布銀河系內外的暗物質,是它們提供了額外的質量和引力,充當了星系內的粘合劑。
銀河系中心的超大質量黑洞,其實主要影響的是附近的球狀星團和其他黑洞,而非直徑18萬光年的銀河系本身,銀心區域的人馬座A*以及稠密的球狀星團和游蕩黑洞,這三者加起來產生的引力聚合體才是銀河系真正的定盤星。
總體而言
為了真正解開黑洞之謎,我們還需要尋找更多黑洞才行,但無論如何,科學家相信我們似乎已經迎來了開始破解黑洞之謎的時代。