宇宙究竟有多少黑洞?新研究:400亿亿个,占宇宙正常物质的1%!

原标题:宇宙究竟有多少黑洞?新研究:400亿亿个,占宇宙正常物质的1%!

黑洞是宇宙中最神秘、最可怕的天体之一,人类目前所知的宇宙中有两种黑洞:一种是由大质量恒星形成的恒星质量黑洞,另一种是生活在星系中心的超大质量黑洞。而且黑洞难以被发现,只能在特殊情况下确定它们的位置,例如当它们吞噬邻近恒星的气体或合并在一起时,会释放出大量强大的引力波。换句话说,很难看到黑洞,但我们可以看到它影响着它周围的一切。

那么宇宙中有多少个黑洞呢?根据发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究表明,宇宙中黑洞的数量可能比我们意识到的要多得多:总共有 400亿亿个(40,000,000,000,000,000,000)。

宇宙中有多少个黑洞?

这是一个困难的问题,很可能无法很快得到回答。但可观测宇宙并非如此,这是一片广阔的空间,直径约为 930 亿光年,代表了我们在地球上用所有望远镜所能看到的宇宙中最远的范围,目前我们可以使用的太空探测器和其他观察方法。那么在可观测宇宙中有多少个黑洞呢?

根据这项研究的计算,结果为 400亿亿个,即4后面有19个零(40 x 10^18)。

但这还不是全部。

所有这些黑洞都通过吸积将大量物质聚集到其中。但这到底有多大?

根据这项研究,黑洞占所有普通物质的 1% 左右。这特指重子物质,它可以描述日常生活中遇到的大多数事情。非重子物质是指自由电子、中微子,尤其是黑洞。

我们怎么知道有多少黑洞存在?

简而言之,科学家们做了数学计算。

为了确定可观测宇宙中黑洞的数量以及它们吸收了多少物质,研究人员开发了一种新的计算方法。这是通过评估许多因素来完成的,例如恒星形成的速度、恒星质量的数量和金属丰度——金属的丰度,在天文学中,金属是指比氢和氦重的任何元素。

它进一步依靠使用恒星和二进制进化代码来进一步计算恒星的进化。该演化代码与有关恒星形成以及单个星系中金属的富集和分布的数据和信息相结合。

然后,与使用必要的方程一起,将其全部放入模型中,使他们能够计算出在宇宙生命周期内恒星质量黑洞的出生率是太阳质量的 5 到 160 倍。

至少可以这么说,这很复杂,但它也可以说一种创新的计算方法。意大利国际高等研究学院 (SISSA) 的主要作者、天体物理学家亚历克斯·西西里(Alex Sicilia)在一份声明中指出,这是一种强大而革命性的“跨宇宙历史的恒星黑洞质量函数计算” 。

它的复杂性只会因它的多学科性而进一步提高。正如西西里的导师安德里亚·拉皮(Andrea Lapi)教授指出的那样,它需要星系形成和演化、引力波、恒星天体物理学等方面的专业知识。

直到如今,我们对黑洞的科学认识有了长足的进步,而且我们现在对它们了解得更多。例如,超大质量黑洞——顾名思义,绝对是巨大的——可以位于大多数主要螺旋星系的中心。我们自己的银河系也不例外,超大质量黑洞 人马座 A*位于银河系中心。而这项研究可能还揭示了另一个星系间谜团:超大质量黑洞的起源。

超大质量黑洞是如何产生的?

我们知道,小黑洞是单个恒星坍缩的结果。但是大多数星系的中心都被超大质量黑洞所占据,这些黑洞的质量范围从 100 万到 100 亿太阳质量不等。而令人惊讶的是,天体物理学观察表明,当宇宙非常年轻时,超大质量黑洞就已经存在。例如,当宇宙只有当前年龄(137 亿年)的 6% 时,就发现了 10 亿个太阳质量的黑洞。早期宇宙中的这些 超大质量黑洞是如何产生的?

天体物理学中的传统理论认为,超大质量黑洞主要通过吸入大量物质而生长。在其发展的初始阶段,当黑洞的质量很小时,增长非常缓慢。要达到太阳质量的数十亿倍,需要很长时间,甚至比年轻宇宙的年龄还要长。但观测结果告诉我们不是这样,恒星致密残余物的动态迁移和融合过程可以在大约 1000 万年内形成大约 10000 到 100 万太阳质量的中心黑洞质量。

因此有科学家提出一个新的猜想:超大质量黑洞都有一个黑洞“种子”——加速了超大质量黑洞的快速增长,并允许它在早期宇宙中形成。

简单来说,超大质量黑洞被认为是由种子形成的。据推测,当诞生恒星和经历超新星的星系看到气体向内迁移到星系中心时,星系中心将最终完全凝聚并合并,直到形成超大质量黑洞种子形成,然后黑洞通过吸积变大。其中轻的种子分布在整个宇宙中,但它们是如何变得更重的呢?这似乎是通过星团的合并和坍缩,形成更重的种子。这些更重的种子反过来又被用来培育这些超大质量黑洞。

当然,这是非常理论上的,但这是团队热衷于在即将进行的研究中关注的下一步,这让我们离理解黑洞的奥秘以及它们如何影响和影响它们周围的宇宙又近了一步。

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