黑洞質(zhì)量有大有小，中等質(zhì)量黑洞卻是空白，引力波傳來(lái)顛覆性探測(cè)

18世紀(jì)80年代前后，兩位偉大的物理學(xué)家，英國(guó)的米歇爾和法國(guó)的拉普拉斯，他們提出宇宙中可能存在一種引力大到連光都無(wú)法逃脫的天體，他們形象地稱之為“暗星”。這是有關(guān)黑洞最早的理論。

1916年，科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦發(fā)表了著名的廣義相對(duì)論。在廣義相對(duì)論中，提出大質(zhì)量天體會(huì)扭曲時(shí)空，而周圍的小天體會(huì)圍繞這個(gè)扭曲的時(shí)空慢慢地向大天體靠近。這便是牛頓在三百多年前提出的萬(wàn)有引力的本質(zhì)。如果這個(gè)天體的質(zhì)量足夠大，引力強(qiáng)到連每秒30萬(wàn)公里的光都無(wú)法逃逸，它就成為了黑洞。

廣義相對(duì)論橫空出世后，不到一月，德國(guó)數(shù)學(xué)天才卡爾·史瓦西，就計(jì)算出了廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)方程中一個(gè)特殊的解——黑洞。他還計(jì)算出物體要變成黑洞的臨界半徑，史瓦西半徑。

太陽(yáng)的史瓦西半徑約為3公里，意味著把太陽(yáng)壓縮到3公里以內(nèi)的范圍，它就會(huì)變成一個(gè)黑洞。不過(guò)，大家不用擔(dān)心。我們的太陽(yáng)最后的歸宿并不是黑洞，而是在50多億年后，會(huì)成為一顆白矮星。此時(shí)，主要由碳構(gòu)成的白矮星太陽(yáng)將不再發(fā)生任何核反應(yīng)，并慢慢向宇宙散發(fā)出自己的余溫。理論上，再經(jīng)過(guò)萬(wàn)億年，太陽(yáng)將會(huì)徹底“死透”，成為一顆冰冷的黑矮星。

如果有一顆恒星，它的質(zhì)量大于2到3倍太陽(yáng)質(zhì)量，其核聚變結(jié)束后，原本由核聚變產(chǎn)生的向外的推力與引力產(chǎn)生的向內(nèi)的收縮力，兩者平衡被突然打破。恒星猛然收縮，開(kāi)始向內(nèi)坍塌。當(dāng)恒星收縮到小于史瓦西半徑時(shí)，就形成了恒星級(jí)黑洞。這類黑洞的質(zhì)量大多都是幾十倍太陽(yáng)的質(zhì)量，最大不會(huì)超過(guò)100倍太陽(yáng)質(zhì)量。恒星級(jí)黑洞是由恒星“死亡”演化而來(lái)，我們宇宙中有數(shù)以億億計(jì)的恒星，以此推算恒星級(jí)黑洞應(yīng)該很多。

還有一類黑洞是位于每個(gè)大星系中心位置的超大質(zhì)量黑洞，我們的銀河系就是圍繞著這樣一個(gè)看不見(jiàn)的巨無(wú)霸——人馬座A*黑洞旋轉(zhuǎn)。這個(gè)超大質(zhì)量黑洞大約是太陽(yáng)質(zhì)量的450萬(wàn)倍。這類超大質(zhì)量黑洞往往都是太陽(yáng)質(zhì)量的10萬(wàn)倍以上。銀河系只是一個(gè)普普通通的星系，在偌大的宇宙中有超千億個(gè)星系。如此看來(lái)超大質(zhì)量的黑洞一定不在少數(shù)。

2019年4月10日，第一張黑洞照片問(wèn)世。這是人類有史以來(lái)第一次“看見(jiàn)”黑洞。在照片中，我們看到的就是M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，距離地球5300萬(wàn)光年，足足是太陽(yáng)的65億倍。

行文至此，不知讀者朋友們是否會(huì)有這樣一個(gè)疑問(wèn)？黑洞這種在宇宙中連光都要吞噬的饕餮怪獸，要么是低于100倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞，要么就是大到太陽(yáng)質(zhì)量10萬(wàn)倍以上的超大質(zhì)量黑洞。那中間這一截呢？也就是100倍至10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞怎么未見(jiàn)其蹤跡？

其實(shí)，在理論上恒星不可能由“死亡”演化為中等質(zhì)量黑洞，因?yàn)槿绱速|(zhì)量的恒星會(huì)在成為黑洞之前，核燃燒會(huì)以一種失控的方式加速，恒星在爆炸后不會(huì)留下任何黑洞遺跡。

可是，9月3日，科學(xué)家發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》和《天體物理學(xué)期刊通訊》上的兩篇論文稱，他們發(fā)現(xiàn)了有史以來(lái)第一個(gè)中等質(zhì)量黑洞，這絕對(duì)是一個(gè)具有顛覆性的發(fā)現(xiàn)！

2019年5月21日，LIGO和Virgo兩座著名的引力波天文臺(tái)，他們的科研人員從持續(xù)不到0.1秒，峰值頻率約60Hz的信號(hào)中，發(fā)現(xiàn)了距離地球約170億光年， 142倍太陽(yáng)質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞。研究人員表示，在約70億年前，質(zhì)量分別為太陽(yáng)的66倍和85倍的兩個(gè)黑洞，在發(fā)生激烈碰撞后，形成了一個(gè)新的中等質(zhì)量黑洞，而有9倍太陽(yáng)質(zhì)量以引力波能量的形式從雙黑洞并合處向宇宙時(shí)空輻射出去，恰好被人類探測(cè)到。它是人類迄今為止探測(cè)到的首個(gè)中等質(zhì)量黑洞，但絕不是宇宙中唯一的一個(gè)中等質(zhì)量黑洞。

中等質(zhì)量的黑洞除了由較小質(zhì)量的黑洞合并而來(lái)，還可能如星系級(jí)超大質(zhì)量黑洞那般，產(chǎn)生于宇宙誕生時(shí)的那場(chǎng)“大爆炸”！

隨著科技的進(jìn)步，人類一定會(huì)揭曉更多有關(guān)黑洞的奧秘！科研人員還表示，就在不久的將來(lái)，我們不僅能看見(jiàn)越來(lái)越多的黑洞美照，還可以欣賞雙黑洞合并時(shí)的震撼動(dòng)態(tài)視頻……

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