深度解析:黑洞质量的下限和上限是多少?

作者&投稿:天群 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
黑洞质量的上限和下限是如何估算的。~

先找到围绕它运转的天体.测得它的运行周期和到黑洞距离.然后根据开普勒第三定律就可以算出中心天体,也就是那个黑洞的质量.
(R^3)/(T^2)=GM/(4π^2)
其中R是到黑洞距离,T是周期,G是万有引力常数,M就是中心天体质量.

万事万物皆有其度,一旦过度就会发生质的变化,宇宙天体也遵循这个道理。但是黑洞的“度”却仍让我们琢磨不透。

黑洞小到可以成为基本粒子,大到我们还不知道它的限度在哪里!
物理学家们分析足够强大的强子对撞机里面的一些粒子进行对撞的时候,很有可能撞出基本粒子级的黑洞,这种黑洞小到比原子还要小得多,甚至可以说比夸克都要小得多,这样的黑洞寿命也很短,它们产生之后会在极短的时间中通过霍金辐射蒸发掉。

但是宇宙间的黑洞质量都很巨大,它们大致可以分成两种,一种恒星级黑洞,一种是星系级黑洞,恒星级黑洞都是通过大质量恒星发生超新星爆发之后产生的,最小的恒星级黑洞的质量也在太阳的三倍以上;而星系级黑洞则直接产生宇宙之初,是由当时宇宙中物质极度密集的区域中直接形成的,这类黑洞大都质量巨大,它们之后大都成为了星系的中心,也可以说它们是星系的缔造者。

已知最大的黑洞是Ton618,这是一个类星体黑洞,中心黑洞的质量大约为太阳的660亿倍,但是它的外围是围绕它高速旋转的吸积盘,这个吸积盘发着极其明亮的光,光度是太阳的150万亿倍,至少相当于2000个银河系的亮度。

但是很显然,660亿倍太阳质量并非黑洞的质量上限,天文物理学家们也说不清黑洞的质量上限到底在哪里?但是万事万物总会有个限度,黑洞虽然可以不断吸收物质,但它的质量不断的增加,总会有一个限度导致它不能承受,这时候黑洞就有可能发生爆炸。

没有人知道黑洞的质量上限,但是却有人将黑洞联系到宇宙的诞生上,宇宙大爆炸理论认为,我们的宇宙诞生于一个奇点,这个奇点汇聚了宇宙的能量和质量,在某一刻它发生了巨大的爆炸,我们的宇宙由此诞生,时间也从此开始。

巧合的是,如果我们将宇宙的质量代入计算黑洞的史瓦西半径公式会发现,如果我们的宇宙是一个黑洞的话,那么这个黑洞将比我们所在的可观测宇宙还要大一些(我们的宇宙有一部分不可观测)。

天文学家们推测黑洞的中心会有一个奇点,这个起点汇聚了黑洞中的绝大部分物质和能量,将它和宇宙大爆炸的奇点联系起来,会让人觉得它们的性质在某些方面十分相似。

因此也有人猜测我们的宇宙很可能是黑洞中的奇点发生爆炸形成的,由于这个起点吸收了太多的物质,达到了黑洞所能承受的质量上限,所以才发生了大爆炸,产生了我们的宇宙,这种假说有一定的合理性,所以也有人揣测黑洞的质量上限或者和我们的宇宙总质量差不多,当然这种猜想还需要理论物理的推理和天文方面的观测来验证。

不得不说,黑洞算得上是宇宙中最神秘的天体了,毕竟它是宇宙中引力最大的天体,连光都无法逃脱它的事件视界的范围,以至于我们都无法看到它的真实面貌。




去年人类首次拍到了第一张黑洞照片,它来自M87星系的中心,其质量达到了65亿倍的太阳质量,而处在我们银河系中心的人马座A*黑洞,质量相比之下就要小很多了,大概只有430万倍的太阳质量,那么黑洞的质量存在上限和下限吗?接下来我们就来探寻一下这个问题。



宇宙中的黑洞是如何产生的?

首先,我们需要从宇宙中最常见的恒星开始说起,根据恒星的光球和温度,我们一般可以把恒星分为以下几种。



  • 蓝色:“O”型
  • 蓝白色:“B”型
  • 白色:“A”型
  • 黄白色:“F”型
  • 黄色:“G”型
  • 橙色:“K”型
  • 红色:“M”型

从图中我们可以发现质量越大的恒星,颜色就偏向于蓝色,而质量越小的恒星颜色越偏向于黄色。那么恒星的质量和寿命之间存在什么关系呢?



通常情况下我们可能会觉得,质量越大燃烧的速度也应该越快,然而事实却恰恰相反。一颗恒星的质量如果越大,那么它内部反应的速度也会越快,大质量的恒星通常情况下寿命只有几千万年甚至几百万年。而太阳的寿命则大约是120亿年左右。




如果质量小于太阳10倍以上,它的寿命就可以达到6万亿年以上。而我们的宇宙诞生也不过138亿年,所以至今为止,我们还没有直接观察到这种低质量的恒星在生命的尽头会发生什么。

大质量的恒星在生命的尽头,,由于恒星内部的燃料太少,无法维持内部的温度;或者恒星接受了额外的物质,导致未能提高核心的温度来抗衡外部的压力。如果发生这两种情况之一,恒星内部的温度就会不够高,导致不能抵抗它在自身的引力下坍塌。



最后的那结果就是发生超新星爆炸,而它的核心会继续向内坍塌形成中子星或是黑洞,当中子星的质量超过了三倍的太阳之后,最后依然会在引力的作用下,坍塌成黑洞。

科学家是如何寻找黑洞的?

根据科学家估计,宇宙中应该存在大量的黑洞,但由于黑洞特殊的性质,导致我们无法直接观测到黑洞的存在。



天文学家首先想到的办法就是通过密近双星黑洞吸积伴星物质后发所出的X射线伽马射线来寻找恒星级黑洞。然而缺点就是无法区分双星系统中的致密星到底是白矮星还是中子星以及黑洞。

然后科学家开始接着想办法,对它们分别进行研究。长期研究之后发现:白矮星的能量转化效率只有区区万分之一左右,而产生X射线的至少也要百分之一以上。所以首先就把白矮星给排除掉了。



中子星在通常情况下都是脉冲星,所以如果我们检测到了X射线脉冲现象,那么也就确定了这个致命星是中子星,但如果没有检测到,也还是不能说明它就是黑洞。

这里就要通过致密星的质量来区分了,科学家通过研究发现,中子星的质量最高为3倍太阳质量,如果再大,那么这个致密星就可以确定为黑洞了。



实际上测定双星系统中的致密星的质量可不是一件容易的事,首先需要利用其中一个的谱线移动来得到它的轨道参数,接着使用开普勒定律计算总质量,最后才能大致估计出质量。

这就是为什么,现在科学家确定为黑洞的天体少之又少的原因。

目前发现的最小的黑洞有哪些?



  • IGR J17091-3624:这是位于天蝎座的一颗恒星级黑洞,距离地球大约28000光年。它处于一颗双星系统内,,科学家通过观测它的吸积盘的气流才得以发现,质量大约为3-10倍的太阳质量,非常接近黑洞能稳定存在的下限。




  • XTE J1650-500:这是位于天坛座的一颗恒星质量的黑洞,也是位于一个双星系统中,不过它的伴星还是一颗正常的恒星,在2008年的研究中,它的质量预测为3.8±0.5倍的太阳质量,但是后来,科学家发现它的质量在5-10倍的太阳质量之间。

这两颗黑洞都是科学家观测到在宇宙中能够稳定存在的,难道这就是黑洞质量的下限了吗?并不是,原则上来讲,黑洞的质量可以是普朗克质量的任意倍。



所以就有了微型黑洞的说法,也叫做量子黑洞,而科学家也成功的在实验室里通过使用大型对撞击里产生过,但是这种黑洞并不能稳定的存在,会迅速的蒸发掉,所以当我们再次听到人造黑洞诞生时,完全不用担心地球会被微型黑洞给吞噬掉。

质量最大的黑洞有多大?

根据黑洞的质量,大致可以分为以下几种。



  • 超大质量黑洞:质量在太阳质量的几百万倍到170亿倍之间,到目前,科学家已经在所有的已知星系中心(包括银河系)发现超大质量黑洞的存在。
  • 中等质量黑洞:质量在100到100万倍的太阳质量之间,
  • 恒星级黑洞:质量在3-100倍的太阳质量之间。这种黑洞通常是由大质量的恒星在演化周期的尽头发生引力坍塌后才形成。

显然,通过恒星演化成为的黑洞并不足以达到黑洞质量的上限,这就需要我们从超大质量黑洞中去寻找了。而从目前观测到的数据来看有两位候选者。



第一是位TON 618:这是位于位于猎犬座的一颗类星体,它的绝对星等达到了-30.7等,相当于1.4×10^12的太阳亮度,是宇宙中最明亮的天体之一,根据计算可以得出,它中心的黑洞质量大约为660亿倍的太阳质量。

第二位是S5 0014+81:这是位于仙王座的一颗类星体,但是它距离地球实在是太遥远了:121亿光年,科学家估计它的质量在400亿倍的太阳质量左右,每年还会增加4000倍的太阳质量,但由于测量方法的不准确性,它的具体质量还有待进一步的观测。



总结

在我们的宇宙中,没有观测到的就不一定代表不存在。

例如根据预测,宇宙中可能发生着相当多中子星合并的事件,当两颗中子星合并时,将会形成一个超新星,最后爆炸成为黑洞,所以理论上来讲,我们银河系还应该存在2倍太阳质量的黑洞,只是我们还没观测到。当然,还有微型黑洞的存在,所以说黑洞的质量没有最小,只有更小。

而最大的黑洞一般都存在自遥远星系中心的超大质量黑洞,最高可到达几百亿倍的太阳质量,但这并不是黑洞质量的上限,只要有足够的质量,黑洞的质量几乎是没有上限的。



目前黑洞质量的下限是IGR J17091-3624黑洞,他大概是太阳质量的3-10倍,黑洞质量的上限是超大质量黑洞,大概是在太阳质量的几百万倍到170亿倍之间。

黑洞的质量没有下限也没有上限,黑洞的质量没有最小只有更小,黑洞的质量也几乎没有上限。

黑洞质量的下限可能是地球的好几百倍之多,它是一个庞然大物。可以吸收太多的其他星球的东西,那么质量肯定也是这样的大。

科学家通过观测吸积盘的气流发现,黑洞的下限接近太阳质量的3至5倍;超大质量的黑洞上限可达到几百亿倍的太阳质量。


超级黑洞的质量有多大?
根据上述这二个因素,科学家们才能判定该黑洞质量约相当于10000个太阳的质量。科学家们还表示,此类黑洞的产生一般有两种途径:一,这种中等质量的黑洞由高密星群中央的数十个甚至上百个恒星级黑洞合并而来;二,它是大型星系逐渐吞噬小型星系而形成的小星系核的残留物质。(久亮)...

黑洞的质量有范围吗?
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。质量小...

黑洞的质量信息
“可以超过光速,否则,黑洞将自相矛盾,不能对外界造成影响。黑洞的质量信息必须通过超光速途径传递到外面。” ——这句话是说,存在超光速的信息传递。因为黑洞视界内的质量信息传递出来以引力场形式影响外界了,所以存在超光速途径。否则就没有黑洞引力场,也就不能囚禁光,从而使黑洞自相矛盾了。 从这点上来看,似乎...

黑洞如何运作的?质量是多少?
貌似黑洞最小质量就是昌德拉塞卡极限指出的2倍多太阳的质量,其实还有小的,那就是太初黑洞,在宇宙刚刚形成的时候,能量如此之高,高压下形成了小质量黑洞,被称为太初黑洞,宇宙平均每立方光年不超过300个太初黑洞,十分稀罕。完全手写,有不足请指出。

如何测量黑洞的质量
分子气体观测能够克服观测恒星或电离气体时所遇到的分辨率限制。例如,位于智利阿塔卡马沙漠的ALMA望远镜,当完成后,将助力科学家测量大量星系内部的黑洞质量。科学家们已经将这种新技术应用于处女座星系NGC4526中的超大质量黑洞周围气体。他们使用了位于美国加州的毫米波天文组合迅纳阵(CARMA)望远镜进行了观测...

黑洞事件视界到底会不会变小?
你这个问题涉及到两个概念:史瓦西半径和霍金效应。史瓦西半径就是在史瓦西解中,黑洞事件视界的半径,也叫引力半径。它是黑洞质量的函数,关系式为Rs=2GM\/C^2(G为万有引力常数)。由于传统理论认为黑洞不可能损失质量,所以推断黑洞的事件视界就如同封闭系统的熵,只能增大不能减小,而且它的增大没...

黑洞是怎么形成的?
的恒星级黑洞-小型黑洞,第二级:星系级黑洞,其质量为太阳质量的数百万至数千万倍(位于星系中心)-中型黑洞,第三级:星系团级黑洞,其质量为太阳质量的数亿至数十亿倍(位于星系团中心)-大型黑洞,第四级:超星系团级黑洞,其质量为太阳质量的数十亿至数百亿倍(位于宇宙大尺度结构中心 -空洞)-超大型黑洞,...

为什么恒星形成的黑洞质量变小了,而引力会变强?
标准的黑洞实际上是一颗非常大的坍缩恒星的残骸,其质量是太阳的5-20倍。自然形成的黑洞,在超新星爆炸后产生的黑洞质量实际上比以前的恒星质量要小得多。哈勃太空望远镜在1995年2月拍摄了这幅图像。这个优美的弧形结构实际上是一个直径约半光年的弓形激波,是由恒星L.L. Orionis的恒星风与猎户座星云...

黑洞是质量最大的吗?
比如说,喜马拉雅山的顶部和山底只差几千亿之一秒。黑洞因为质量巨大,从一个地方到另一个地方,引力变化非常巨大,所以时间差距也巨大。如果喜马拉亚山处在黑洞周围,当一群登山运动员从山底出发,比如说他们所处的时间是2005年。当他们登顶后,他们发现山顶的时间是2000年。另外一个有趣的现象是根据...

黑洞是体积无限小、质量无限大的奇点,那为什么黑洞会有视界大小之分...
不过黑洞就是再奇葩,它也只是宇宙中的一种天体,它也是有自身质量的,而黑洞的质量又决定了它自身体积(视界体积)的大小,有一个叫做“史瓦西半径公式”的物理公式,就是专门来计算黑洞的体积(视界体积)大小的,其公式如下:在上面的公式中,v指天体的逃逸速度,G为万有引力常数,M为天体质量,R...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 黑洞的质量
裘常韦迪: 迄今为止一直认为,这黑洞质量约为太阳质量的260万倍,但是利用欧洲南方天文台一架8.2米口径Kueyen望远镜进行的最新研究结果表明,黑洞的质量还要更大些:其质量为320万~400万倍太阳质量.这一质量是在观察围绕黑洞旋转恒星结果的基础上计算出来的,计算由来自加利福尼亚大学伯克利分校和加利福尼亚大学洛杉矶分校两组专家独立完成. 此外,加州大学伯克利分校专家小组还十分准确地测定了黑洞围绕自身轴的旋转速度,它作一次完整旋转的时间约为11分钟,作为比较,地球围绕自身轴旋转一周的时间为24小时,而太阳的自转周期约为1个月.

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 什么是黑洞?它的质量是多少?
裘常韦迪: 广义相对论预言的一种特别致密的暗天体.大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱.形成黑洞...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 宇宙中的黑洞解析? -
裘常韦迪: 斯皮策太空望远镜捕捉到的宇宙中隐藏黑洞的图片,其中黄色亮点表示一个内含“类星体”黑洞的遥远星系,它的外围被一层宇宙气体尘埃紧密环绕. 近日国际天文学家通过美国宇航局斯皮策太空望远镜的一项最新观测结果,在宇宙中某一狭窄...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 黑洞的详细解析.
裘常韦迪:http://baike.baidu.com/view/863.html?wtp=tt

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 黑洞详细信息是什么? -
裘常韦迪: 黑洞广义相对论预言的一种特别致密的暗天体.大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱.形成...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 黑洞的质量下限被称为 -
裘常韦迪: 严格意义上来说没有所谓质量下限,理论上所以拥有质量的物质在体积被压缩到一定程度后都有成为黑洞的可能,这个就是史瓦西半径,但是在自然条件下如果一颗恒星要在结束其主序星阶段后坍缩为黑洞,理论上的质量要在太阳质量的3.2倍以上.

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 宇宙黑洞的详细解释 -
裘常韦迪: 黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然.所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来. 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 谁能告诉我黑洞的相关知识? -
裘常韦迪: 黑洞(Black hole)是根据现代的物理理论和天文学理论,所预言的在宇宙空间中存在的一种天体区域.历史上,法国力学家拉普拉斯曾预言:“一个质量如 250 个太阳,而直径为地球的发光恒星,由于其引力的作用,将不允许任何光线离开它...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 最小的黑洞有多小? -
裘常韦迪: 黑洞的胃口极好,几乎吞噬一切落入自己边界{科学上的说法叫规界}的物质,是个连光线都不放过的家伙,所以从理论上来讲,黑洞的质量是没有上限的,而现实中,黑洞在吞噬了自己边界的所以物质后,无法吃掉更遥远的天体时,它的体重的...

黔西南布依族苗族自治州13992832783: 黑洞是什么? -
裘常韦迪: 【黑洞简介】 广义相对论语言的一种特别致密的暗天体.大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃...

本站内容来自于网友发表,不代表本站立场,仅表示其个人看法,不对其真实性、正确性、有效性作任何的担保
相关事宜请发邮件给我们
© 星空见康网