巨型黑洞

巨型黑洞是宇宙[所有的物件、事件、時間、空間、質量的總合]中最大的黑洞[天體名稱]。它所具有的質量[物理學術語]為幾十萬倍到幾十億倍太陽質量，甚至最大質量可達幾百億倍太陽質量。巨型黑洞被發現在幾乎所有大質量星系的中心，銀河系中心也存在巨型黑洞，其位置在 Sagittarius A*.附近。

基本信息

• 中文名稱：巨型黑洞
• 外文名：Supermassive Black Hole（SMBH）
• 質量：幾百億倍太陽質量

• 原理：幾百倍太陽質量黑洞不斷吸積形成

黑洞簡介

黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間記憶體在的一種天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速。

1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西（KarlSchwarzschild）通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中於空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——“視界”一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒（JohnArchibaldWheeler）命名為“黑洞”。

“黑洞是時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體”。

黑洞無法直接觀測，但可以藉由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡取得位置以及質量。

巨型黑洞簡介

巨型黑洞

巨型黑洞是宇宙中最大的黑洞。它所具有的質量為幾十萬倍到幾十億倍太陽質量，甚至最大質量可達幾百億倍太陽質量,它所能具有的最大質量約為幾百億倍於太陽。

巨型黑洞被發現在幾乎所有大質量星系的中心，銀河系中心也存在巨型黑洞，其位置在SagittariusA*.附近。

超大質量黑洞具有區別於低質量黑洞的特性。首先，某些超大質量黑洞的平均密度（定義為黑洞的質量除以其史瓦西半徑內的體積）可以比水的密度還要低。這是因為史瓦西半徑和質量成正比，而密度和體積成反比。由於球形物體的體積（如非鏇轉黑洞的視界）與半徑的立方成正比，黑洞的最小密度與質量的平方成反比，因而更高質量的黑洞具有較低的平均密度。此外，在大量黑洞視界附近的潮汐力是較弱的。如同密度一樣，視界附近作用在物體上的潮汐力是和質量的平方成反比的：在地球表面上的一個人和一個在1000萬倍太陽質量黑洞視界上的一個人的受到的對他們的頭腳間的潮汐力是一樣的。與恆星質量黑洞不同的是，如果不深入黑洞內部的話是不會經歷顯著的潮汐力的。

能吞進3億個太陽的巨型黑洞

美國天文學家通過對‘錢德拉’X射線觀測望遠鏡研究發現，宇宙黑洞在宇宙初期即在宇宙大爆炸後不久，就聚成了一個大的難以置信的黑洞“'SDSSpJ306‘”，這個黑洞增長速度極快，足足可以吞噬整個太陽系，吞進的星體質量相當於3億9500萬個太陽，引起氣體噴發時期為止科學家在宇宙中發現最大的。

這顆名為'SDSSpJ306‘的巨大黑洞位於我們地球26億光年。這個黑洞非常巨大，引力令人吃驚，整個銀河系的小行星都有危險。它還是電磁風最大的黑洞之一，任何物體（包括光）都會被撕碎，大的恆星只能吐出一點星團還給宇宙，因此形成了兩個巨大的洞穴，每個洞穴直徑都有65萬光年，是銀河系的2倍。黑洞再次噴發出來的氣體質量，相當於1萬億個太陽質量，這種噴發已經持續了1億年之久。

產生原理

Detection of an unusually bright X-ray flare from Sagittariu

已經知道三種這樣的過程。第一種是約翰-皮爾·盧米涅著《黑洞》第15章中提到過的早期宇宙中團塊的凝縮；第二種是由於作為黑洞特徵性質之一的質量不可逆增長的趨向（對現在的情況，微型黑洞的量子蒸發當然完全可以忽略），條件是周圍環境的物質足夠豐富，因而一個由超新星產生的初始質量為10M的“恆星級種子”能夠長成巨型黑洞；第三種則是由恆星團的引力坍縮而直接形成。除了可能的原初起源之外，巨型黑洞的形成需要大量的以恆星或星際氣體形式存在的物質，還需要這些物質被限制在二個足夠小的區域內，因而其演化過程是由引力支配的。宇宙中物質在星系裡的集中程度遠勝於星系際空間（至少能發光物質是如此），而星系內物質最集中的部分是其核心。假若有巨型黑洞，則星系核心是首先應該搜尋的去處，且剛開始從我們的銀河系開始吧。銀河系是一個直徑10萬光年，厚300光年的盤，正好與密紋唱片直徑和厚度的比例一樣。銀河系中心是一個大的隆起區，即所謂核球，盤和核球都被包在被稱為曼的稀薄得多的恆星球中。銀河系裡大約有1000億顆恆星，大部分是在盤裡。太陽的位置比較靠外，距離銀河系中心約3萬光年。盤裡除恆星外還有氣體和塵埃。盤中物質的分布很不均勻，在鏇臂里比在別處密集得多，正是這些鏇臂給出銀河系的特徵形狀。盤在不斷地經受著動力學和化學的轉變。鏇臂在轉動和變形，臂中巨大的氫分子雲里誕生出恆星；較大質量的恆星迅速地演化成為超新星爆發，並把複雜的化學元素散布到周圍空間，這些元素又被吸收到新一代恆星之中。與之相反，暈是寂靜的，保持著星系的原始風貌。暈中的氣體已消散殆盡，只有可能是150億年前與星系一同形成的老邁恆星。所有的大質量恆星早已爆發，留下中子星，也許還有黑洞。中等質量的恆星已經離開了主序階段，其中一些已經變成白矮星；另外的正在經歷著大動盪，那就是脈動的紅巨星，光度很大而又在起伏變化。最後，暈中還有許多低質量星，它們很節儉地使用著自己的氫燃料，還將存活很長的時間。曼的最重要特徵不是居住其中的恆星的性質，而是恆星作為球狀星團而聚集在一起的方式。銀河系中心也存在巨型黑洞，大約400萬倍太陽質量，其位置在SagittariusA*.附近。馬克斯普朗克地外物理研究所和加州大學洛杉磯分校的銀河系中心組提供了至今為止最強有力的證據證明人馬座A*是一個超大質量黑洞的所在地[10]，該證據是基於ESO的甚大望遠鏡和凱克望遠鏡的數據得到的。2015年1月5日，美國國家航空航天局報導觀察到從人馬座A*發出的X射線耀斑比平常的亮400倍，打破了記錄。根據天文學家的說法，這一不尋常的事件可能是由一顆落入黑洞的小行星或由正在流入人馬座的氣體中的磁力線糾纏所引起的。

觀測證據

巨型黑洞

日本“朱雀”X射線衛星和歐洲航天局的赫歇爾紅外空間望遠鏡聯合觀測圖像顯示，科學家在IRASF11119+3257星系中央附近發現了超大質量黑洞扼殺星系內恆星形成的證據，強大的“黑洞風”將星系內用於恆星形成的冷氣體吹散，導致星系內部分區域失去了用於形成新生恆星的原始材料。這一發現也證實了此前科學家的一個猜想：超大質量黑洞的存在對星系其實並不利，可影響宿主星系的演化，“黑洞風”能夠讓星系進入“不孕”狀態，扼殺了新生恆星的誕生。

戈達德太空飛行中心天體物理學家弗朗西斯是本項調查的首席研究員，他認為這是第一次在更大的物理尺度上直接觀測到黑洞的殘忍一面，來自黑洞發光碟面產生的黑洞風將形成恆星的氣體吹散。一般情況下，恆星形成於寒冷且緻密的分子雲中，但黑洞的存在改變了這一切，扼殺了星系內部的新生恆星。從這個角度看，超大質量黑洞是個名副其實的殺手。IRASF11119+3257星系距離我們大約23億光年，相當於太陽系年齡的一半。

科學家估計IRASF11119+3257星系中的黑洞質量相當於1600萬倍太陽質量，最靠近黑洞的吸積盤外側溫度可達到數百萬度，占據星系能量輸出的一大部分，是太陽能量輸出的萬億倍。研究小組成員西爾認為我們觀測到黑洞與星系之間的博弈時，還確認羥基分子以200萬英里每小時（300萬公里每小時）的速度流失。在本項研究中，科學家估計外流的分子雲達到1000光年，能夠形成800個太陽系這樣的恆星系統。

2013年5月，研究小組使用朱雀衛星的X射線成像光譜儀對F11119星系進行了觀測，光譜結果顯示吸積盤上的吸收氣體的速度可達到四分之一光速，這個區域大約8億公里，相當於從木星到太陽的空間中沒有光能夠逃離。同時科學家也認為F11119星系的類星體處於早期演化階段，最終這個星系將變成恆星形成率相對較低的星系之一。

2015年2月由北京大學吳學兵教授領導一個團隊發現質量相當於120億個太陽的黑洞，其位置距地球128億光年，大約在宇宙大爆炸發生9億年後形成。相比之下，銀河系中心的黑洞質量只相當於300萬個太陽。

這個大黑洞位於一個類星體的中心，類星體是其中心黑洞猛烈吞噬周圍物質而形成的耀眼天體。由於有超大黑洞“供應”能量，這一類星體是遙遠宇宙中目前已知亮度最高的類星體。

在宇宙年齡只有如今約7%的時候（目前宇宙年齡約為138億年），就形成了這么大質量的黑洞，對現有的宇宙早期黑洞成長理論模型提出了挑戰。他強調，這不是要推翻現有理論，而是現有理論很難解釋為什麼會在“短時間”內形成如此大質量的黑洞，因此需要對理論進行修訂完善。

這一黑洞利用位於中國雲南麗江的2.4米口徑天文望遠鏡首先發現的，後來又藉助美國和智利的其他3個天文望遠鏡開展了進一步研究，有關成果發表在2015年2月26日英國《自然》雜誌上。