黑洞為何能被“看見(jiàn)”？原來(lái)它很亮，最亮相當(dāng)太陽(yáng)的500萬(wàn)億倍！

一直以來(lái)，黑洞是宇宙中一個(gè)不可思議的存在，最早由愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)論所預(yù)言。1971年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一顆真實(shí)存在的黑洞，即天鵝座X-1；2019年科學(xué)家們用地球口徑的事件視界望遠(yuǎn)鏡拍下了黑洞第一張照片，即距離我們5500萬(wàn)光年的M87星系黑洞。

現(xiàn)在，科學(xué)界的普遍認(rèn)知是，黑洞是大質(zhì)量天體死亡后的必然歸宿，是宇宙中的頂級(jí)尸骸，是沒(méi)有之一的最極端天體，它能夠吞噬宇宙中存在的一切，真正的天上天下無(wú)敵。

黑洞又是宇宙中普遍存在的天體，科學(xué)家估算，可觀測(cè)宇宙中至少存在著4000億億顆黑洞，銀河系至少有1億顆黑洞，但由于黑洞極端的引力場(chǎng)讓光都無(wú)法逃脫，迄今人們都無(wú)法直接觀測(cè)到，間接觀測(cè)到的黑洞不到100顆，其中銀河系有60多顆。

黑洞有一個(gè)事件視界，是每個(gè)黑洞根據(jù)自身質(zhì)量大小，在周邊形成的一個(gè)相對(duì)應(yīng)的球狀極端引力場(chǎng)，科學(xué)認(rèn)為這里是時(shí)間和空間臨界點(diǎn)，任何物質(zhì)乃至光一旦進(jìn)入這個(gè)界限都無(wú)法逃脫，且任何信息都不會(huì)外泄。因此，人類(lèi)無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞內(nèi)部的任何情況。

但黑洞會(huì)在事件視界外留下三個(gè)物理量，即引力、角動(dòng)量、電荷，這三個(gè)物理量會(huì)影響著周邊的時(shí)空，由此人們才能夠間接觀測(cè)到黑洞。黑洞最典型的表現(xiàn)就是“好吃”，對(duì)接近它一切物質(zhì)“通吃”，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫吸積。

由于黑洞的角動(dòng)量，其在吸積時(shí)會(huì)導(dǎo)致靠近的物質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)，越接近事件視界速度就會(huì)越快，最終會(huì)接近光速，其中60～90%的物質(zhì)會(huì)直至掉落進(jìn)事件視界而消失，其余物質(zhì)以能量流或物質(zhì)噴流的方式逃逸到太空。

這是因?yàn)槭录暯缤獾奈镔|(zhì)高速碰撞成為基本粒子的同時(shí)，會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的可見(jiàn)光和高能射線，或物質(zhì)噴流，這些都是逃逸的能量和物質(zhì)，人們通過(guò)光學(xué)和射電望遠(yuǎn)鏡就能看到這些能量以及它們圍繞著的事件視界，由此計(jì)算出黑洞的大小質(zhì)量。

黑洞超強(qiáng)的引力會(huì)對(duì)它附近的天體引起擾動(dòng)，到了一定距離就會(huì)被黑洞吸引圍繞著其公轉(zhuǎn)，這樣，在宇宙中就會(huì)看到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：一顆或數(shù)顆恒星圍繞著一個(gè)看不見(jiàn)的空間轉(zhuǎn)動(dòng)，科學(xué)家們就會(huì)憑此判斷那里可能存在一顆黑洞，并計(jì)算出它的質(zhì)量。

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的黑洞，就是根據(jù)黑洞的吸積和引力擾動(dòng)“看到”的，實(shí)際上，人們并沒(méi)有看到真正的黑洞，只是通過(guò)吸積現(xiàn)象和引力擾動(dòng)“認(rèn)為”那里存在著黑洞，包括人類(lèi)拍攝到的第一張黑洞照片，以及銀河系和其他星系中心超大質(zhì)量黑洞。

有關(guān)黑洞形成的理論，早年認(rèn)為是太陽(yáng)質(zhì)量30倍以上的恒星死亡時(shí)爆炸坍縮而成，但這無(wú)法解釋一些超大質(zhì)量黑洞的存在，因?yàn)楹阈翘s形成的黑洞最初只有3～10個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量大小，這類(lèi)黑洞雖然會(huì)吞噬靠近的星際物質(zhì)，但速度很慢，吞噬一顆太陽(yáng)質(zhì)量的恒星需要數(shù)百年乃至上億年。

而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)最大的超大質(zhì)量黑洞已經(jīng)達(dá)到1000億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量了，如SDSS J073739.96+384413.2黑洞達(dá)到1040億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這顆黑洞每年也只能吞噬約60個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的天體物質(zhì)，而宇宙的年齡才138億歲，恒星級(jí)黑洞種子是無(wú)論如何靠“好吃”也長(zhǎng)不到這么巨大的。

研究認(rèn)為，這種巨型超大質(zhì)量黑洞來(lái)源可能有兩種，一種是宇宙早期巨型分子云直接坍縮而成，這種黑洞初始種子即有十萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量以上；二種是宇宙第一代大質(zhì)量恒星死亡坍縮而成密集的種子黑洞后，不斷合并迅速成長(zhǎng)而形成的。

最近的一些觀測(cè)發(fā)現(xiàn)更加證明了這種科學(xué)猜想：

2023年11月10日，美國(guó)科學(xué)家宣布，利用錢(qián)德拉X射線天文臺(tái)和韋伯望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一顆距離地球132億光年UHZ1的星系中的黑洞，這顆黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的一千萬(wàn)到一億倍，是迄今發(fā)現(xiàn)距離我們最遠(yuǎn)的黑洞。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然-天文學(xué)》國(guó)際期刊上。

一光年的意思是光行走一年的時(shí)間，因此依靠光來(lái)感知世界的人類(lèi)看到的天體就是一年前的樣子，而132億光年就說(shuō)明這顆黑洞是132億年前的樣子，根據(jù)宇宙年齡推算，是宇宙大爆炸后僅4.7億年的樣子。這么早期就形成了如此巨大的黑洞，不可能恒星種子黑洞吸積形成的。

就在前幾天的2024年2月20日，中外媒體報(bào)道稱(chēng)，澳大利亞國(guó)立大學(xué)研究人員在《自然-天文學(xué)》雜志上發(fā)表了論文，發(fā)現(xiàn)一顆距離我們120億光年的黑洞，質(zhì)量為太陽(yáng)的170億倍，這顆黑洞坐落在代號(hào)為J0529-4351類(lèi)星體中心。

這顆黑洞的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了黑洞早期的形成規(guī)律，但這顆黑洞還表現(xiàn)出一些令人震驚的特征：首先，它是不但是迄今發(fā)現(xiàn)最亮的一顆黑洞，也是宇宙中最亮的類(lèi)星體和天體，或者說(shuō)是宇宙中最明亮的物體，其亮度達(dá)到太陽(yáng)的500萬(wàn)億倍！

其次，這顆黑洞還有著驚人的吞噬能力，其吸積盤(pán)達(dá)到可怕的7光年，一年可以吞噬413個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，就是每天要“吃掉”一顆多太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)！這是迄今被發(fā)現(xiàn)最能“吃”，“吃”得最快的黑洞。

黑洞越大“吃”得越快，即便不考慮其變大后更能“吃”的能力，按照現(xiàn)在這種“吃法”計(jì)算，吃了120億年，也會(huì)吃掉近5萬(wàn)億顆太陽(yáng)！也就是說(shuō)，如今的這顆黑洞已經(jīng)至少有5萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量了！

黑洞是宇宙中一個(gè)非常重要的存在，或許最終連接著宇宙的生與死，人類(lèi)乃至宇宙與黑洞有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，未來(lái)，人類(lèi)的生存與毀滅或?qū)⒁彩艿胶诙醋笥摇Ｌ剿骱脱芯吭诶^續(xù)，未來(lái)肯定會(huì)爆出黑洞更多的奇異發(fā)現(xiàn)，讓我們拭目以待。

時(shí)空通訊原創(chuàng)文章，請(qǐng)尊重作者版權(quán)，感謝理解支持。

資料鏈接：https://www.newscientist.com/article/2417791-monster-black-hole-powers-the-brightest-known-object-in-the-universe/?utm_source=Live+Audience&utm_campaign=536b448141-briefing-dy-20240220&utm_medium=email&utm_term=0_b27a691814-536b448141-51426400