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超大質量黑洞
位于星系中心的天體現(xiàn)象
基本信息
| 中文名 | 超大質量黑洞 |
| 外文名 | Supermassive black hole |
| 質量 | 100萬倍至100億倍太陽質量 |
| 別名 | 超重黑洞 |
| 分類 | 黑洞 |
| 位置 | 所有星系的中心 |
收起
研究發(fā)現(xiàn)
可以統(tǒng)治整個星系內的所有天體
超大質量黑洞
銀河系中央的超大質量黑洞位于人馬座A中，根據(jù)科學家的統(tǒng)計，銀河系的中央隆起中包括了大約1百億顆恒星，跨度達到數(shù)千光年左右，其周圍存在一些塵埃團和氣體結構，使得我們對銀河系中央隆起的觀測受到了一定的影響。
超大質量黑洞
北京時間2021年3月24日晚10點，曾成功捕獲人類有史以來首張黑洞照片的事件視界望遠鏡（EHT）合作組織，又為揭秘M87超大質量黑洞提供了一個嶄新視角：它在偏振光下的影像。這次，EHT拍攝到了黑洞陰影周圍的高分辨率偏振圖像。
2022年5月，在包括上海在內的全球各地同時召開的新聞發(fā)布會上，天文學家向人們展示了位于銀河系中心的超大質量黑洞的首張照片，該照片由事件視界望遠鏡（EHT）合作組織國際研究團隊，通過分布在全球的射電望遠鏡組網(wǎng)“拍攝”而成。
比較
推導過程
史瓦西半徑的公式：R=2GM/c^2
G=6.67*10^(-11)，是引力常量
M為天體質量
密度公式p=m/v
球體體積V=(4/3)*πR^3
密度p=M/V=M/[(4/3)*πR^3]
=3M/[4π(2GM/c^2)^3]
=3c^6/(32*πG^3*M^2)
除了M均為常量
代入π=3.14……
G=6.67*10^(-11)
c=3*10^8m/s
若令k=3c^6/(32*πG^3）=7.335*10^79
p=3c^6/(32*πG^3*M^2)=k/M2=7.335*10^79/M^2
由于史瓦西半徑是形成黑洞天體的最大天體半徑，其半徑比這個小，半徑小體積就會小，質量一定時密度就大，所以史瓦西半徑下的黑洞密度最小，也就是上式密度最小，根據(jù)上式，密度與質量的平方呈反比，其余皆為常數(shù)，所以質量越大的物體密度越小。
如果地球成為黑洞，史瓦西半徑R=0.009m，密度p=2.05*10^30kg/m^3
太陽(質量M=2*10^30kg)R=2964m，p=1.83*10^19kg/m^3
20萬倍太陽天體M=4*10^35kg,R=6*10^8m,p=4.6*10^8kg/m^3
1g球體：R=1.48*10^(-30)m,p=7.335*10^85kg/m^3
另外受到天體自轉等其他影響，這里的史瓦西半徑是理想狀態(tài)，不自轉的絕對球體，一般情況下稍有不同（自轉，橢球體）。
形成
超大質量黑洞的形成有幾個方法
超大質量黑洞
形成超大質量黑洞條件
根據(jù)觀測，黑洞的類別有著一些差距。一些從恒星塌縮的黑洞，最多約有10太陽質量。最小的超大質量黑洞約有數(shù)十萬太陽質量。但卻沒有在它們之間質量的黑洞。不過，有模型指異常明亮的X射線源有可能是在這個遺失范圍的黑洞。
歷史
一些星系，如0402+379星系有兩個超大質量黑洞，形成一個二元系統(tǒng)。若它們相撞，將會產生強勁的重力波。最新超級計算機模型顯示，星系中心超大質量黑洞可能起源于宇宙最早期星系碰撞質量是太陽數(shù)百萬倍至數(shù)十億倍的超大質量黑洞通常存在于每個星系的中心區(qū)域，天文學家現(xiàn)發(fā)現(xiàn)超大質量黑洞存在于宇宙形成之初的10億年內。目前，超級計算機計算顯示，宇宙早期超大質量原星系之間的合并為超大質量黑洞的孕育提供了“滋養(yǎng)平臺”。宇宙誕生于137億年前。在宇宙早期，巨型原始星系之間的合并十分普遍，超級計算機模擬顯示這種原始星系碰撞合并形成一種不穩(wěn)定、旋轉氣體盤狀結構，其中的漏斗狀氣體僅在10萬年內就逐漸堆積形成太陽質量1億多倍的微型氣體云。該氣體云崩潰形成黑洞，致使該黑洞在大約1億年里通過從周圍盤狀結構吸取氣體形成太陽10億倍的質量。此前天文學家曾認為超大質量黑洞、星系和其它巨型星系結構通過逐漸引力吸引宇宙物質，最終形成質量越來越大的星系結構。美國俄亥俄州大學天文學家斯特利奧斯-卡贊特茲迪斯(Stelios Kazantzidis)是該研究報告合著作者之一，他說：“我們的研究結果顯示星系和超大質量黑洞在內的較大宇宙結構體在宇宙歷史進程中形成時間很短暫。”他指出，這項最新研究對于我們理解黑洞和星系的進化具有更深遠的意義。卡贊特茲解釋稱，依據(jù)傳統(tǒng)理論，星系的性質和其中心的黑洞質量密切相關，兩者處于“平行生長關系”，但這一理論現(xiàn)應當進行修改。在我們的最新超級計算機模型中，黑洞的生長速度快于星系，因此黑洞并不完全受星系的增長所控制。瑞士蘇黎世大學天體物理學家盧西奧-梅耶(Lucio Mayer)是該項研究負責人，他指出，該模型的一個重要結論是宇宙最早期的星系中心區(qū)域擁有比之前預期更大的超大質量黑洞。這項最新發(fā)現(xiàn)將有助天文學家更好地揭開神秘的引力波，依據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，遠古星系合并將形成壯觀的引力波，所形成的漣漪在時空和太空中的殘留部分仍能探測到。目前，這項科學研究發(fā)表在8月26日出版的《自然》雜志上。
其它信息
多普勒效應量度
超大質量黑洞
在很多星系中心的超大質量黑洞被認為是活躍星系（如賽弗特星系及類星體）的「引擎」。馬克斯-普朗克太空物理學研究所及洛杉磯加利福尼亞大學基于歐洲南方天文臺及凱克天文臺的數(shù)據(jù)，提供了證據(jù)指人馬座A*就是在銀河系中心的超大質量黑洞。根據(jù)計算，它可能有260萬倍的太陽質量。
銀河系以外的超大質量黑洞
于2004年5月，Paolo Padovani及其他天文學家發(fā)表他們發(fā)現(xiàn)了在銀河系以外30個超大質量黑洞。他們的發(fā)現(xiàn)令我們知道超大質量黑洞的數(shù)量最少是以往所知的兩倍。現(xiàn)時相信每一個星系的中央包含一個超大質量黑洞，而它們大部份都處于「不活躍」的狀態(tài)且吸積不多。相反在球狀星團的中央?yún)s沒有黑洞，不過相信一些如在飛馬座的M15及在仙女座星系的Mayall II的中央仍有黑洞，估計質量約有十萬倍太陽質量。
一些星系，如0402+379星系中有兩個超大質量黑洞，形成一個二元系統(tǒng)。若它們相撞，將會產生強勁的引力波。
隱藏著五個超大質量黑洞
天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙中隱藏著更多還未發(fā)現(xiàn)的超大質量黑洞，一組國際科學家小組利用核頻譜望遠鏡陣列對此前認為是塵埃和氣體的物質聚集區(qū)進行觀測，發(fā)現(xiàn)其中隱藏著五個超大質量黑洞，它們釋放出高能X射線。本項研究由英國杜倫大學天文學家主導，旨在說明宇宙潛伏著數(shù)百萬尚無法被發(fā)現(xiàn)的超大質量黑洞。本項研究成果在英國皇家天文學會的國家天文學會議上進行了闡述。
核頻譜望遠鏡陣列是美國航天局先進空間望遠鏡，可對活躍星系中央的高能活動進行監(jiān)視，在候選的9個超大質量黑洞，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)塵埃和氣體背后隱藏著質量巨大的黑洞。它們利用這些宇宙物質作為“掩護”，使得我們難以發(fā)現(xiàn)它們，但是黑洞吸積物質的行為也暴露了它們的存在，高能X射線可穿透這些塵埃和氣體。這也說明宇宙中還有更多類似的地方需要引起注意，黑洞也可能隱藏在背后。
核頻譜望遠鏡陣列在2012年發(fā)射升空，美國宇航局試圖利用該望遠鏡探測宇宙中更多的高能X射線事件。來自達勒姆大學星系天文學研究生喬治-蘭斯伯里認為我們已經(jīng)知道塵埃和氣體會遮擋超大質量黑洞，而且持續(xù)的時間非常長，感謝核頻譜望遠鏡陣列的強大觀測能力，讓我們清楚地看到黑洞的活動。
盡管本次我們只發(fā)現(xiàn)了五個超大質量黑洞，但如果按照概率學的計算，可以推斷宇宙中還有更多隱藏的黑洞未被發(fā)現(xiàn)。核頻譜望遠鏡陣列科學家丹尼爾-斯特恩認為高能量X射線比低能X射線穿透力更強，能夠穿透厚厚的塵埃，核頻譜望遠鏡陣列讓我們看到這些隱藏的黑洞有多么龐大，黑洞似乎喜歡將自己隱藏起來，但它們貪婪的吞噬過程又會“暴露”自己的位置。
NASA發(fā)現(xiàn)一個新的超大質量黑洞
NASA發(fā)現(xiàn)新黑洞
這個超大質量黑洞的位置是在星系NGC 3115的核心部位，距離地球大約有3200萬光年，雖然最早發(fā)現(xiàn)這個星系是在1787年，但是真正觀測到這里有超大質量黑洞卻是在1992年，此黑洞質量是20億倍太陽。
在本次的研究中，天文學家利用了NASA的錢德拉X射線太空望遠鏡、歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）的光學波段數(shù)據(jù)，合成了清晰程度前所未有的圖像，那些遭受黑洞強大引力牽扯而下落的氣體發(fā)出的輻射，被盡收圖中。這使得天文學家們除了能觀察到黑洞對熾熱氣體的吞并外，還可反過來了解到物質在被黑洞吞噬的過程中的極端反應。
黑洞在吞噬在其一定范圍內的任何物體，科學家根據(jù)為黑洞的周圍導出了一個“值”這個值就是所謂的邦迪半徑，當黑洞吞噬物體的時候，凡是在這個值以內的氣體就開始下墜。通過X圖像可以證明氣體受黑洞之力開始下墜的時候，黑洞的強大引力會讓這些高溫氣體產生非常炙熱的光，科學家根據(jù)這個氣體溫度上升計算出黑洞的距離大約有700光年，這個距離就是邦迪半徑。
發(fā)現(xiàn)史上最小的超大質量黑洞
目前為止最小的超大質量黑洞
雖然這樣大小的超大質量黑洞非同尋常，但科學家們表示它們或可能非常常見。“大多數(shù)星系都比較小，雖然我們確定每一個大型星系中央都存在一個黑洞，但我們并不確定小星系里是否也同樣如此。”研究合作作者、美國密歇根大學安娜堡分校的天體物理學家埃琳娜·加洛（Elena Gallo）這樣說道。“尋找它們非常困難，這也是我們不確定的主要原因。”
“即使（小星系里）存在黑洞，”加洛補充說道，“我們也不知道它們相對宿主星系的特性是否與大星系里的相同。”RGG 118本身是一個小星系，這意味著它可能永遠不會與其他星系合并，產生我們在宇宙里觀察到的那些龐大的結構。
“它們很可能是相對原始的天體，”加洛在談到小型星系時這樣說道。這個矮星系可能是宇宙歷史里早期星系建構單元的類比。通過利用麥哲倫望遠鏡II研究RGG 118里氫的運動，以及利用錢德拉太空望遠鏡觀察星系中央產生的高能X射線，研究人員可以計算出黑洞的質量。
最新發(fā)現(xiàn)將提供矮星系和它們的黑洞之間關系的新見解。但加洛強調它們將需要研究至少一個以上矮星系的黑洞才能得出一般結論。“這些矮星系以及它們極小的黑洞為我們提供了一個臨近的實驗室，研究宇宙早期形成黑洞的過程。”
質量星系關系
超大質量黑洞的質量與其宿主星系的形態(tài)有關。這顯示了星系球體的質量與超大質量黑洞的質量有著相互的關聯(lián)。而黑洞的質量亦與星系的分散速度有著更緊密的關系，這個說法仍處于研究階段。
參考資料
[1]
超級黑洞現(xiàn)巨大引力 致銀河系中心呈現(xiàn)隆起 · 米爾[引用日期2015-03-15]
[2]
天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙中到處是黑洞 · 騰訊[引用日期2015-09-16]
[3]
天文學家發(fā)現(xiàn)目前為止最小的超大質量黑洞 · 鳳凰探索[引用日期2015-09-05]
[4]
高清版黑洞照片公開，這次你看清了嗎？ · 今日頭條[引用日期2021-03-24]
[5]
天文學家公布我們銀河系中心黑洞的首張照片 · 今日頭條-環(huán)球網(wǎng)[引用日期2022-05-13]
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銀河系星系核
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銀河系的中心
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