03.03 銀河系中心的超大黑洞是怎麼形成的?

牛頓的太太太太大太爺


銀河系中心的超大黑洞是怎麼形成的?

銀河系中心的黑洞從理論上看應該早於早期銀河系而生成,據資料銀河系約誕生於宇宙大爆炸後約12億年,因此可以從時間上推斷這個超大的黑洞應該是在宇宙誕生後的第一批恆星死亡後形成。

從先有星系還是先有黑洞的論點中答主比較支持先有星系,因為一顆質量再大的恆星也沒有足夠的引力帶起整個星系,然而黑洞就不一樣了,質量幾乎可以無限制增加,因此其超強引力將俘獲更多的恆星逐漸形成星系。

早期的宇宙中充滿了氫元素,這也導致第一代恆星的質量普遍偏大,因為無限的氫燃料讓恆星個個都是胖子,超大質量的恆星將會快速的過完一生,在最後紅巨星時代結束後爆發成一顆顆超新星,而內核則毫無意外的成為了一個黑洞!很幸運這些黑洞生在無限成長的宇宙早期,無論是吞噬附近的恆星還是周圍的星雲氣體,總之黑洞長成了巨無霸!

首批黑洞約於135億年前,即第一代恆星形成1.8億年後形成,如此快速的走完一生,這些恆星的質量是可想而知的巨大!

銀河系演變史,其演變歷史也是中心黑洞的成長曆史!

當然僅僅有銀心黑洞的引力是不夠的,因為計算得知銀河系邊緣的恆星速度早已超過脫離銀河系中心黑洞引力的速度。

暗物質出現了....毫無意外暗物質的作用被發現了,被認為在星系內部起到骨架避免星系分崩離析的暗物質,被曝光在科學家的聚光燈下,當然到現在為止我們仍然沒有直接證據證明暗物質存在,但對於星系運動的觀測卻是毫無疑問的。當然本文已經交代了銀心黑洞的來歷,暗物質就不再多費口舌了!如果您有高見,或者留言討論。


星辰大海路上的種花家


黑洞誕生於垂死的恆星,而大多數黑洞的直徑只有30公里,科學家們發現有些黑洞更為龐大,它們叫做“超大質量黑洞”。與整個太陽系的大小相當,甚至其中之一就潛伏在銀河系的中心,我們的太陽系位於銀河系之中,銀河系由包括太陽在內的數10億恆星構成,所有恆星都圍繞著銀河系中心的一片神秘區域旋轉。

銀河系中心是“超大質量黑洞”

位於夏威夷·莫納克亞山的“凱克望遠鏡”,能夠觀測到銀河系的中心,科學家用紅外望遠鏡觀測銀河系,他們發現了一個擁有數百萬成員的高密度恆星群,15年間“凱克望遠鏡”拍攝到的數千張照片,可以追蹤到銀河系中心的恆星,圖片揭開驚人的事實,銀河系中心的恆星以數百萬公里的時速高速移動。

圖解:“凱克望遠鏡”15年對銀河系中心擁有數百萬成員的高密度恆星群的影像追蹤

它們看起來就像繞著隱形太陽高速旋轉的微小行星,但是它們並非行星,而是恆星。一定有非同尋常的引力牽引,這些巨星沿著如此靠近中心的軌道高速轉動,宇宙中只有一種物體具有如此大的牽引力,那就是“超大質量黑洞”。在銀河系的中心存在一個,質量為太陽400萬倍的黑洞。

這是一個重大的發現,銀河系中的萬物,包括我們的太陽都在圍繞著一個“超大質量黑洞”運行,但是黑洞並非只存在於銀河系中,宇宙中很多星系的中心都存在超大質量黑洞。仙女星系是離我們最近的鄰居,它繞著一個比太陽重1.4億倍的黑洞旋轉,“M87”星系中心的黑洞,是太陽重量的200億倍。

圖解:“M87”星系團中心黑洞

黑洞是怎樣變得如此巨大?它們又是為何存在於銀河系中呢?

宇宙剛剛誕生的時候,那時候宇宙充斥著大爆炸殘留的氣體雲,一些地方擁有濃稠的星際氣體,從而形成了數百萬顆恆星,最初的恆星中多數都是“超大質量恆星”,它們溫度極高,燃燒速度也快,它們在爆炸後產生了大量的黑洞, 引力將許多黑洞牽引到了一起,在早期宇宙中它們相互合併,形成更大的黑洞,數億年間黑洞不斷增長,產生更大的引力,拖入越來越多的星際氣體,新的恆星從氣體中誕生,形成了原始的星系,黑洞不斷吸入氣體,直到吞不下任何東西,直至宇宙中最強大的能量噴發。

一個年輕的星系就是由氣體中,誕生的恆星構成的星團,新的星系中心存在一個年輕的“超大質量黑洞”,通過吞噬氣體而不斷成長,當星系很年輕正在成形之時,中心形成了一個超大質量的黑洞,而氣體不斷墜落其中,繼續形成星系,在中心黑洞附近,物體變得非常炙熱,物質不斷升溫度,氣體飛速進入黑洞,但是黑洞變得過於飽和,不再有空間,可供多餘的炙熱氣體進入,無法進入的氣體被黑洞吐出,噴入太空形成巨大的能量流,每束能量流都比我們的太陽系寬20倍,它們在銀河系中一路飛馳,所向披靡,這個超大質量黑洞點燃了一個“類星體”。

“類星體”是宇宙中最亮的物體,它們的亮度很高,令整個星系黯然失色

“M87星系”中的類星體噴發的照片,說明這次的噴發是十分猛烈的,它距離地球5000萬光年。類星體從所在星系噴出大量星際氣體,每分鐘噴出的氣體總量相當於10個地球,氣體受熱膨脹向外擴散,規模很巨大,產生了“黑洞風”,也就是從黑洞噴出的氣體。

黑洞吸入氣體,“類星體”將氣體噴出,最終宇宙中沒有多餘的氣體來製造恆星,氫氣也就停止了成長。星系最終的規模取決於其中心的黑洞,二者休慼相關。失去了氣體原料,類星體逐漸萎縮並消失了,星系中心只剩下一個超大質量黑洞和許多年輕的恆星,銀河系年輕的時候就是這樣。

在銀河系早期,當它還是個年輕星系的時候,銀河系中心的超大質量黑洞就是一顆類星體,但現在銀河系成長起來了,整個星系安靜下來了。

如今天文學家正在尋找類星體,找到黑洞弄清其運轉方式的重要線索,“錢德拉太空望遠鏡”可以探測到類星體發出的“x射線”,它已經找到了數千個類星體,各種形狀的類型體,像太空噴發射線的景象,每個類星體都是年輕星系的雛形,並且在它們中心都存在一個新生的黑洞。

超大質量黑洞的“事件視界”

超大質量黑洞和類星體制造了星系並控制著整個星系,黑洞對於理解星系的形成極為重要,是瞭解星系演化史的關鍵,進一步瞭解黑洞的唯一辦法,就是更加細緻的觀察它,因此天文學家們試圖採取新的方法,拍攝銀河系中心的黑洞,為此他們需要一臺像地球一樣大的望遠鏡。

銀河系的中心存在一個超大質量黑洞,它藏身於圍繞銀河系中心旋轉的星團之中,多數星系中心都隱藏著一個超大質量黑洞,它們確實存在,因為繞其轉動的恆星速度高達每小時數百萬公里,還是有可能對黑洞邊緣也就是“事件視界”進行拍照。在黑洞旋轉的氣體雲中, 尋找黑洞的影子或者大致形狀,光學望遠鏡不能直接觀測到黑洞,但是黑洞周圍的發光熾熱氣體會發射出無線電波,大型無線電望遠鏡能夠接收到這些來自太空的信號。

位於波士頓附近麻省理工學院的天文望遠鏡,足有30米寬,足夠探測到銀河系黑洞,從25000光年之外發射的非常微弱的無線電輻射,但這架望遠鏡規模太小無法成像。

從夏威夷到智利再到非洲多爾曼的團隊,將全球的無線電望遠鏡連接起來,研究人員有了一個直徑超過16000公里的虛擬圓盤,觀測能力是單個望遠鏡的500倍,虛擬望遠鏡足夠強大,可以拍攝到銀河系中心,超大質量黑洞的“事件視界”,收集到了從銀河系黑暗中心發來的信號,不斷加強望遠鏡的全球聯網,就會改善圖像的質量,黑洞的輪廓將最終顯現出來,2019年首張黑洞照片橫空出世了。

圖解:史上第一張黑洞圖片來自“M87”星系

結語

在遙遠的未來,我們或許可以掌握進入和穿越黑洞的技術,甚至可以在穿越黑洞的旅程中倖存下來,黑洞可能是通向其它宇宙的通道,在黑洞的另一端可能也發生過大爆炸,如果大爆炸就是黑洞的反面,似乎就解釋了宇宙誕生的奧秘。


太空生物學


黑洞形成的條件無外乎於質量太大,導致天體系統坍塌為一個點,即黑洞。



科學家指出,在每個星系的中心都應該有一個超大質量的黑洞,這個星系中心的黑洞可以掌控整個星系,通過其引力可以把星系內的天體牢牢吸引住。在銀河系內,也應該存在一個超大質量黑洞,其質量可以達到太陽的100萬倍到100億倍。不過,也沒有人到過銀河系中心親自看見過此超大質量黑洞,所以到底這麼大的黑洞存不存在,誰也不知道。

不過,既然可能存在,我們還是猜測一下這麼大的黑洞是怎麼來的。



這裡之所以說猜測,因為銀心中央存不存在超大質量黑洞還不確定。且超大質量黑洞的起源,現在仍屬於爭議地帶。所以,我們這裡僅僅猜測一下,不對之處歡迎大家提出意見:

在宇宙奇點爆炸後很短的時間內,很多物質被噴發出來,而銀河系就是一大團物質雲。由於此時宇宙還沒膨脹多少,所以銀河系中心的質量密度極大,同時再加上宇宙爆炸的衝擊力,銀河系中心物質瞬間發生坍塌,形成了超大質量黑洞(也成為太初黑洞),並且此黑洞還一直吞噬周圍的物質。隨著宇宙膨脹的加速已經宇宙空間的增加,宇宙物質密度減小,空間增大,包括太陽系等天體系統逐漸形成並圍繞著銀心轉,銀河系中心的黑洞慢慢無法自由的吞噬周圍物質,最終形成了一個穩定的中心黑洞。



以上就是銀河系黑洞來源的一個猜測,具體是不是這樣形成,誰也不知道。目前,還沒有一個明確的理論來解釋超大質量黑洞形成的過程。

關注一下,後續會有更多優質回答~


科學探秘頻道


銀河系中的“王者”就是中心的超大質量黑洞了,這個“王者”從哪來的?其實它一出生就是個“王者”,沒有辦法,就是這麼強大。


銀河系中質量最大的單個天體正是銀河系中心黑洞了,它又被叫做人馬座a,質量約431萬個太陽質量,銀河系之所以存在非常依賴它的力量,正是它的引力和旋轉作用,使得銀河系匯聚了無數顆星體,形成了一個不斷旋轉的棒旋星系,它是銀河系真正的統治者。

人馬座a是一個超大質量黑洞,超大質量黑洞通常又被稱為星系級黑洞,其質量約為太陽的數十萬到數百億倍,雖然目前關於超大質量黑洞的形成還沒有定論,但是科學家們普遍認為它們大都產生於宇宙之初,不然的話就難以形成如此巨大的質量。因為恆星形成的黑洞的質量通常只有太陽的幾倍到幾十倍,這樣的黑洞增加萬倍甚至上億倍的質量需要極其漫長的時間,現今的宇宙年齡(約138億年)根本不夠用,無論恆星級黑洞以吞噬其他星體或者是相互撞擊合併,在一百億年的時間中,都難以達到星系級黑洞的質量。



這是因為恆星級黑洞形成後,只能吞噬它旁邊的星體物質,我們知道恆星相互間的距離都是很遠的,一個多星系統中形成的黑洞,頂多很快把這個多星系統吞噬掉,但吞噬的過程至少也需要上億年的時間,即便把它所在的多星系統中的所有天體都吞掉的話,也不過是幾百個太陽的質量,而如果它再想吞噬其它恆星系統中的天體,就非常困難了。


我們再假設黑洞所在的空間中恆星密度比較高,但它要想掃蕩附近的幾十顆恆星,一百億年的時間恐怕都不夠,即便這樣的黑洞有幾個距離比較近,能夠撞到一起以及合併成大黑洞,其耗時也是曠日持久的,因為相互繞行的時間通常都極其漫長,而即便合併到一起,也不過形成一個幾百上千個太陽質量的黑洞,即便是十個這樣的黑洞融合到一起,才不過達到太陽的萬倍質量,但是十個黑洞融合所消耗的時間,很可能要比如今的宇宙年齡還要長。

所以星系級的超大質量黑洞基本不會以這樣的模式形成,它們最有可能是誕生於宇宙之初,比如迄今為止人類觀測到的質量最大的黑洞ton618,它的質量規模達到了太陽的660億倍,幾乎相當於人馬座a的15000倍,然而它距離我們約104億光年,也就是說它至少在104億年前就存在了,這個時候距離宇宙誕生才不過30多億年,恆星級黑洞無論如何無法形成這樣的規模。

那麼宇宙之初是如何形成了這些超大質量黑洞的呢?通常認為在宇宙大爆炸之後的較短時間中,宇宙中能量和物質的分佈並不均勻,在物質極為緻密的地方直接就形成了黑洞,而且它們的質量極大,同時又由於宇宙大爆炸的力量非常巨大,暗能量使宇宙膨脹的速度很快,所以這些黑洞只要距離不是特別靠近,它們就會隨著宇宙的膨脹相互之間的距離就越來越遠,而它們強大的引力場又攪動著附近的物質圍繞它們旋轉,這些物質逐漸形成了行星,恆星等天體,於是一個個星系已經形成了,我們所在的銀河系的形成也大抵如此。



科普大世界


銀河系核心的超大質量黑洞是怎麼形成的?這個問題可以擴展為"包括銀河系在內的星系核心的超大質量黑洞是怎麼形成的?"。這是一個天文學家一直在努力研究的問題,到目前為止並沒有一個統一確定的答案,有的只是一些較為合理的猜測。


在宇宙中,有大量的網友熟知的恆星級黑洞。它們一般質量較小,為十幾到幾十個太陽質量,由質量較大的恆星演化到晚期,伴隨超新星爆炸產生。在爆炸時,把外殼的氣體拋掉,剩下恆星的核心塌縮成為黑洞。這些恆星級黑洞在星系的內部有許多。但與恆星級黑洞不同,在幾乎所有的大質量星系中心還存在一個超大質量黑洞。之所以說是“超大質量”,因為它們的質量要遠超恆星級黑洞,差了好多個量級。質量較小的那些也是太陽質量的幾百萬倍,特別大的甚至可以達到十億乃至百億太陽質量。它們要比一些小星系的整體質量還要大。


關於超大質量黑洞的最初起源,也就是“種子黑洞”並不是很確定。目前有理論指出,在宇宙形成的早期,大質量的團塊氣體可以直接塌縮成為黑洞,而不經過塌縮成為恆星再經歷恆星死亡塌縮成為黑洞這一過程。氣體能夠直接塌縮成為星系中心的種子黑洞,但請注意此時黑洞並不是特別大,或許僅為千個太陽質量。在其周圍的氣體塌縮成為星系中的恆星,星系中的恆星和星系中心黑洞在誕生星系的星雲中一起誕生,此時星系也較小,遠小於我們現在觀測到星系,或許現在可以稱之為“小星系”,在此之後就開始星系中心黑洞和星系的共同演化的歷程。星系中心黑洞經歷對星系中氣體的吸積吞噬使得質量快速增長,但更重要的是在小星系一系列的碰撞合併最終成長為“大星系”的過程中,這些小星系的中心黑洞也在碰撞合併最終成長為今天我們觀測到的星系核心超大質量黑洞。相較而言這個過程更為有效,對星系核心超大質量黑洞的最終形成功不可沒。


南極觀星人


黑洞的形成一般是比太陽大若干的恆星死亡階段,拋棄外殼,中心坍塌收縮形成的一種引力曲率無限大,體積無限小的特殊天體。時空通訊認為,如果宇宙中真的存黑洞的話,銀河中心的黑洞形成是與宇宙和星系形成的方式密切關聯的。根據宇宙大爆炸理論,恆星和星系的形成初期都是熾熱的星雲物質高速旋轉,中心地帶物質密,巨大的引力向中心收縮,高壓高溫激發熱核反應,在銀河系中心,密集的恆星形成了,並劇烈碰撞合併,最終形成了巨大質量的黑洞。

至於銀河系中心黑洞會不會死亡,根據黑洞理論,黑洞不但會吸積壯大,也會蒸發消亡。一個地球質量的黑洞蒸發得非常快,只要1x10^-21秒內就蒸發得乾乾淨淨;但越大質量的黑洞蒸發越緩慢,相當於一個太陽質量的黑洞,大約要1x10^66年才能蒸發殆盡。至於像銀河系中心這樣上百億太陽質量的黑洞要多少年才能蒸發掉,請各位自己看著去算算吧。黑洞的毀滅還有一種極端的方式,就是發生大爆炸。如果銀河系黑洞發生大爆炸,那將是世界末日,太陽系以及人類將煙消雲散。


時空通訊


關於銀河系中心的超大黑洞是怎麼形成的以及是否會死亡的話題。那就根據宇宙演變中的一些歷程來詮釋裡面的奧義。

銀河系作為一個獨立並且穩定的螺旋星系,這一切都是由大爆炸後所形成的星雲在相互臨界引力作用下的產物。在眾多星雲引力結合點的作用下。形成一個較為穩定的空間,這個空間就是銀核及黑洞的雛形,準確的說應該是灰洞。被周圍星雲團邊緣化的產物,也可以稱為灰色領域或灰色地帶。在長達數億年的積累與沉澱中這個空間的磁場變的越來越複雜、越來越強大。直到眾多光離子在進入銀核時也掀不起任何風波。這個時候也就形成了銀核早期的黑洞形態。

有關黑洞是否會死亡,這裡面無法定義死亡的形態。能量是相互轉化的,生死皆在一念之間。死同樣代表重生新的開始,生也預示告別過去一切都即將消失。還有一種死是二者或者多者的融合,猶如一滴水與另一滴水融合到一起,消失的是曾經的一滴水,但是確誕生了較大的一滴水。同樣一滴水氣化,之前是一滴水轉化成之後的一團水蒸氣。一花一世界,一念一千年。

我們這個宇宙的黑洞相比較還處在青年期,之後還有成年期,中年期,中老年,老年期等等。還有很長的盧要走,只是我們人類無法伴隨他們全部的歷程。


心學智聖


超大質量黑洞形成的過程本來就是個謎,記住,這個一個至今沒有統一說法的理論。因為科學家假設,如果超大質量黑洞是從小黑洞慢慢長大的,那麼為什麼我們現在很少看到中等質量的黑洞?

這個級別的黑洞缺失很嚴重,幾乎沒找到多少,要麼是恆星級黑洞,要麼是超大質量黑洞,所以這個途徑可能不是超大質量黑洞形成的方法。

於是科學家又提出一個方法,是否是黑洞碰撞、合併產生了,這種理論的接受範圍比較大,目前科學家也認為合併是超大質量黑洞形成的途徑之一。

但還有第三種,這就是一出生就是超大質量黑洞,一出道就是王者,一直保持到今天,這個理論不是沒有基礎,因為我們在宇宙早期也發現了超大質量黑洞,請問如果它們是一步步靠吃變大的,那麼在宇宙誕生之後沒多長時間就出現了,這顯然不是靠吃、吸積物質變大的,因此超大質量黑洞有可能一出生就是一個王者。


太空伊卡洛斯


銀河系超大黑洞首先得說明,在銀河系中心附近。它的質量不是一開始就這麼大的。下面從頭看:老天爺用食指輕輕一劃,無中生有攤了個煎餅宇宙,漂浮著,方向分上下左右前後,時間按照老天爺的時間算。老天爺用食指劃的力道,在某處影響較大,此處後來就形成銀河系中心。隨著煎餅的成熟,銀河系中心因為演化得最早,佔的質量就大,還有點糊,這就是這個黑洞。


攤煎餅出宇宙


當大爆炸後,能量由無序向有序發展,並逐漸形成粒子,物質等狀態。各大粒子集團在暗物質的海洋中因為引力作用,並在暗物質流的推動下形成了初始的星系群,並高速旋轉。相互排斥相互吸引,形成了宇宙間星系的平衡。

其中有個高速旋轉的粒子,叫銀河系,它大約包含了千億個恆星系,形成了一個引力中心,它叫黑洞。

黑洞是由於暗物質流推動恆星系擠壓而成的一個引力中心,正如水中的旋渦中心。

銀心黑洞維持著銀河系的平衡,其引力及斥力足以達到與相鄰星系保持平衡。


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