比太陽質量大65億倍的M87黑洞是個啥概念?

地理那些事


答:銀河系中心的超大質量黑洞,只有太陽質量的400萬倍;而M87星系的這個黑洞,質量是太陽的65億倍,即便距離太陽5500萬光年,對我們太陽的引力也高達6萬億牛頓。


把一個天體不斷壓縮,壓縮到一定程度後就會變為黑洞,光無法逃離的區域叫做黑洞的視界範圍,對應的靜態黑洞半徑稱作史瓦西半徑。

可以看到,史瓦西半徑和黑洞的質量成正比,那麼幾個數據的對比如下:

(1)地球對應的史瓦西半徑約9毫米;

(2)太陽對應的史瓦西半徑約3公里;

(3)銀河系中心的超大質量黑洞,對應的史瓦西半徑約1200萬公里;

(4)M87星系的這個黑洞,對應史瓦西半徑達到了195億公里;

這在人類所知的黑洞中,屬於質量非常大的,其中M87星系黑洞的史瓦西半徑是銀河系黑洞的1600倍,距離相差2100倍。

在忽略宇宙膨脹效應的情況下,如果根據萬有引力公式計算,M87星系中心的黑洞,對我們太陽的引力還高達6萬億牛頓,對地球引力大約為1800萬牛頓。


如果把M87星系的黑洞放置在太陽位置,那麼黑洞的視界將在柯伊伯帶內,在1977年發射的旅行者一號,正好位於黑洞視界之外。

在黑洞照片中,黑洞視界大概就是中間的黑色區域,周圍發光環是黑洞的吸積盤,準確地說是吸積盤的一部分,因為較遠距離的吸積盤溫度偏低無法拍攝到。


黑洞的吸積盤直徑,一般是黑洞視界直徑的3~5倍,照片中顯影的吸積盤,大約只是黑洞視界的2倍。

在吸積盤內,物質受黑洞強大引力的影響,圍繞著黑洞高速旋轉,併產生極高的溫度,然後發出可見光、X射線等等,才能被人類觀測到;如果把吸積盤看做黑洞的範圍,那麼M87星系中心的黑洞,直徑大約有1000~2000億公里。


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M87黑洞是人類用事件視界望遠鏡拍攝到的第1個黑洞,該黑洞的照片已於2019年4月10日晚9:00發佈供全人類欣賞,但是光看它的照片,我們並不能瞭解太多信息,照片上只能看到中間的黑色陰影部分和外圍的火紅的亮色部分,知道中間陰影部分是黑洞本體所在的位置,而外圍的火紅的亮色部分是它的吸積盤,還有些網友拿煤火爐子來和它對比,可以說很多朋友對它的大小一無所知。



M87星系中心黑洞的質量是太陽的64億倍,這是一個什麼概念?我們的地球就已經夠大了吧!它的直徑達到了12,756公里,質量高達60萬億億噸,然而我們的太陽的質量是地球的33萬倍,然而M87星系中心黑洞的質量又是太陽的64億倍,可以想象它該有多麼巨大?



可能朋友們對質量的概念不很敏感,那麼我們不妨說一說照片中m87中心黑洞和其吸積盤的體積,從照片中判斷,可以知道M87中心黑洞位於中間的陰影部分,結合這個黑洞的質量,通過史瓦西半徑公式計算就知道這個黑洞的視界直徑可達200億公里,相當於太陽到海王星軌道距離的4倍多,可以說放下柯伊伯帶內的整個太陽系都沒有問題。再比如我們太陽的直徑才不過139萬公里,這個黑洞的直徑已經相當於我們太陽直徑的1萬多倍,是我們地球到太陽距離的130多倍。


那麼我們所看到的照片中陰影部分就是黑洞的本體嗎?其實黑洞的本體沒那麼大,因為通常要超過黑洞本體直徑三倍距離的地方,物質才可以被我們目睹,所以圖片中那個陰影部分直徑應該是中心黑洞直徑的3倍左右,其長度或在500億公里以上,所以光陰影部分就能並排放下幾萬個太陽,放下整個太陽系也是綽綽有餘。


黑洞這體積就已經夠大了,那麼黑洞外面的吸積盤又有多大呢?單看照片就能發現,外圍吸積盤的直徑是中心陰影部分的3~5倍左右,那麼吸積盤的直徑就應該是1500~2500億公里,不過照片中顯示的是具有可見光部分的吸積盤,在它的外圍,吸積盤中的物質是還沒有熱到發光的程度,所以即系d盤實際上比照片中的規模要更大。


科普大世界


比太陽質量大65億倍的M87黑洞是個啥概念?

在公佈第一張黑洞照片以前,M87*黑洞最引人注目的特徵是其有一條長達數千光年的噴流,但今天幾乎每個看過第一張黑洞照片發佈會的朋友都非常熟悉幾個數字:

一、距離地球5500萬光年;

二、質量是太陽的65億倍;

三、噴流角度與地球方向夾角17度;

四、上暗下明是因為多普勒頻移所致;

但不知道各位有沒有留意過,發佈會現場解說,即黑洞的黑色部分區域的直徑是黑洞真正事件視界的2.5倍,我們根據這個數據來計算下這個65億倍太陽質量的黑洞是什麼概念?

一、假如太陽坍縮成黑洞事件視界有多大?

參數都已經有了,我們只要知道太陽的質量即可:

m=1.9891*10^30千克

那麼r=2*6.67*10^-11*1.9891*10^30/299792458^2=2952.4M

即:假如太陽質量的恆星坍縮成黑洞的話,其事件視界半徑為2.9524KM

這個實在有點小,不過太陽也無法坍縮成黑洞,因為至少也要超過奧本海默極限(3.2倍的太陽質量)才能坍縮成黑洞!事件視界半徑約:9.4476KM

但一般恆星型黑洞形成時質量約為太陽的3.8倍,因此初生的黑洞事件視界半徑為:11.219KM!

二、M87*黑洞的事件視界有多大?

根據史瓦希黑洞史瓦希半徑計算公式(史瓦希黑洞的史瓦希半徑和事件視界的重合的)可知,黑洞的質量與事件視界的半徑成正比,那麼可知65億倍太陽質量的M87*黑洞的視界半徑為:

r=2.9524×65億倍=191.906億千米

這個半徑也許不太有概念!那麼我們放太陽系來比較下!

當年旅行者1號到達太陽系邊緣時距離太陽大約是150億千米,到去年11月為止旅行者大約在216億公里以外!

簡單的說旅行者將近四十幾年的時間,才剛剛出M87*的視界!

三、M87*的吸積盤直徑有多大?

我們先來計算下看起來像黑洞卻不是真正黑洞視界的陰影區域直徑,上文說了,陰影區的直徑是黑洞事件視界的2.5倍,那麼:

D=191.906×2.5×2=959.53億千米

大約是88.85光時!

根據圖示比例測算,吸積盤大約是4-4.5個陰影區域直徑,那麼約為:

D=959.53億千米×4~4.5=3838.12億千米~4317.885億千米之間

也就是355.4~399.825光時之間!

太陽系日球層頂(傳統太陽系範圍)的直徑大約是13.9光時×2=27.8光時

各位可以參考下,裡面能裝下幾個太陽系?

所以這些星系中央的巨大黑洞是一個多大的概念,當然文末還在提個有趣的話題,到現在為止我們在宇宙中發現最大黑洞是NGC1277*,它的視界是4光天!

距離地球最近的黑洞是天鵝座V616,距離是2800光年!

宇宙那麼大也是有好處的,畢竟黑洞這種天體實在有些不太友好!


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