03.05 像M87這樣的大黑洞需要多大質量的恆星才能塌縮而成?

暗物質原理


我們都知道大質量恆星到了演變的末期會發生超新星爆發,之後形成一個黑洞,宇宙中大多數的黑洞都是這樣形成的,在我們銀河系中,這樣的黑洞大約有1億個。



前段時間,M87星系中心黑洞的照片被公示於眾,成為人類歷史上首個被拍到照片的黑洞,那麼像m87這樣的黑洞是怎樣形成的呢?也是由大質量恆星發生超新星爆發形成的嗎?


m87星系中心黑洞的質量大約是太陽的64億倍,這個質量遠超最大恆星(已知質量最大恆星R136a1的質量在太陽的265到315倍之間)的質量,所以它不可能由大質量恆星發生超新星爆發形成。

那麼它會不會是由多顆大質量恆星形成的黑洞合併之後產生的呢?這也是不可能的,因為大質量恆星形成的黑洞其質量在太陽的3~300倍之間,這樣的黑洞合併的話會非常耗時,通常只有在多星系統中黑洞才比較容易合併,而且黑洞的合併或者吞噬其他恆星,也只有在多星系統中才容易實現,即便這樣的黑洞吞噬了多星系統中所有的星體,其質量頂多也只是太陽的數千倍,所以恆星級的黑洞即便是有合併現象的話,也不會超過太陽質量的1萬倍。然而m87星系中心黑洞的質量卻是太陽的64億倍,這個差別實在太大了,所以m87星系中心黑洞不可能由大質量恆星形成,也不會由其合併形成。





那麼M87星系中心黑洞到底是怎麼形成的呢?一般認為像它這樣的大質量黑洞都形成於宇宙之初,在宇宙大爆炸的一瞬間就形成了。這是由於宇宙大爆炸發生的時候,空間中的物質分佈並不均勻,當時的宇宙尺度還很小,在其中一些密度比較大的區域中,物質的富集程度造就的高溫高壓的條件足以使得黑洞直接誕生,大部分的星系中心黑洞都是這樣產生的。

不過m87星系中心黑洞剛誕生的時候,質量並沒有如今這麼大,因為它誕生之後也一直處於吸收物質的過程中,137億年來也吸收了大量的物質增加了自己的質量,同時它也以它的引力效應而塑造了m87星系,如今,m87星系是我們銀河系所在的室女座超星系團中質量和體積最大的星系,比銀河系大了100倍以上。



科普大世界


像M87這樣的大黑洞需要多大質量的恆星才能塌縮而成?

M87星系中央的黑洞在宇宙中也算是超大型黑洞了,質量達到了太陽的65億倍,每天吞噬的物質質量相當於90個地球,10年即可吞噬掉一個太陽!按此計算65億倍的太陽質量需要650億年才能長成?而且生成初期成長時還沒那麼大質量可以吞噬!那麼需要更久的時間,但問題是宇宙誕生才138.2億年,很明顯這個時間是不夠M87*黑洞成長的!那麼M87*黑洞來自哪裡?

一、黑洞是怎麼來的?

現代天文理論認為有兩種黑洞,一種是原初黑洞,一種是恆星型黑洞;只有這兩個途徑,沒有其它來源了!一一來簡單瞭解下:

1.原初黑洞;

來自於宇宙誕生初期,此時物質密度是比較高的,並且分佈可能並不均勻,因此物質密度比較高的區域將直接坍縮成黑洞!原初黑洞沒有質量限制!更沒有初始質量大小的上限!

2.恆星型黑洞;

顧名思義是從恆星的內核誕生的,在劇烈的超新星爆發中,外殼被拋灑到了宇宙空間中,而內核在沒有輻射壓的支撐下直接坍縮成了黑洞,當然此時內核質量必須超過奧本海默極限(3.2倍太陽質量)

但宇宙中超大質量的恆星並不多 比如銀河系中太陽的大小已經超過90%的恆星了,我們觀測到的最大的恆星是大麥哲倫星系蜘蛛星雲中的R136A1,大約是太陽的265-315倍!未來幾十徹底坍縮成黑洞也只有太陽的300倍左右,但超新星爆發會將大部分質量回歸宇宙,留給黑洞的質量是比較有限的!

黑洞合併是一個途徑 但黑洞合併並不像撞擊-合併那麼迅速,而是會經過漫長的互相公轉中逐漸合併,據天文學家估計,一般恆星型黑洞的成長以及合併都難以超過太陽質量的1M萬倍!

二、M87*黑洞來自於哪裡?

看起來M87*黑洞有極大的可能來自宇宙誕生時的原初黑洞,因為只有這樣的黑洞才可能在上百億年的過程中長成如此巨無霸!當然不要認為黑洞只有索取而沒有建樹!因為黑洞同樣給予了星系質量中心的支撐,沒有如此龐大質量的質心,星系不可能快速成長起來,而且在給予二代恆星以及三代恆星等涅磐重生的環境!

銀河系中心的黑洞質量約為太陽的400萬倍,同樣如此質量的恆星一樣來自於原初黑洞!


星辰大海路上的種花家


宇宙中存在恆星型黑洞以及超大質量黑洞。質量大的恆星晚年經過超新星爆發後可以形成恆星型黑洞,這種黑洞有其質量下限,因為質量小的恆星無法形成黑洞。這種黑洞也有其質量上限,因為恆星本身就有一個大約300倍太陽質量的質量上限。雖然黑洞可以通過合併或者吞噬周圍的物質使質量變得更大一些,不過介於幾百個太陽質量至100萬個太陽質量的黑洞並未有發現,使得科學家們認識到超大質量黑洞的形成另有原因。

人類首次得到的黑洞照片是M87的照片,M87星系黑洞的質量高達太陽質量的65億倍,銀河系中心有一個質量大約是太陽質量430萬倍的超大質量黑洞,其他星系的中心大多也存在著一個超大質量黑洞。這種黑洞對宇宙及星系的形成和演化發揮過重要作用,它們絕對不會是由恆星坍縮後形成的,最新的天文觀測也表明在宇宙誕生後的8億年就已經出現了很多質量是太陽質量幾十億倍的超大質量黑洞。超大質量黑洞的形成至今沒有令人滿意的回答。

大多數天文學家認為,超大質量黑洞並非都是一口吃成的胖子,它們最初都是起源於一個質量小一些的黑洞。那些質量小一些的“種子黑洞”可能是以為宇宙剛誕生時物質密度相對比較大,物質直接聚集在一起形成了黑洞,然後再通過或吞噬增加了自己的質量。

不論怎麼解釋,超大質量黑洞的形成一直困擾著理論物理學家。


刁博


需要六百個最大質量的恆星。


平常人246089341


超大質量黑洞是不能通過恆星爆發形成的,它們更可能是太古黑洞通過相互合併和吞噬產生


萊夫


嚴格來說這個問題的答案應該是沒有,這個黑洞按現在的理論是大恆星塌縮而成的,但就我們看到的體積不是直接塌縮成這麼大而是經過不知道多漫長的時間吸收了大量物質才長成這麼大的。


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