缺少种子:超大分离的黑洞的神秘谜

黑洞

在浩瀚的宇宙花园中,最重的黑洞是从种子中生长出来的。在它们所消耗的气体和尘埃的滋养下,或者在与其他密度较大的物体的融合中,这些“种子”变得越来越大,越来越重,形成了星系的中心,就像我们自己的星系一样银河系。但与植物领域不同的是,巨大黑洞的种子也一定是黑洞。至今还没有人发现过这些种子。

一种观点认为超大质量黑洞——相当于几十万到几十亿个太阳的质量——是由从未见过的小黑洞群发展而来的。这个难以捉摸的群体,即“中等质量黑洞”,其质量大约在100到10万个太阳之间。在迄今发现的数百个黑洞中,有很多相对较小的黑洞,但没有一个确定处于中等质量范围的“沙漠”。

科学家正在使用强大的空间望远镜美国国家航空航天局以及其他天文台,来追踪那些符合这些奇异实体描述的遥远天体。他们已经发现了几十个可能的候选者,并正在努力确认它们是黑洞。但即便如此,这也揭开了一个全新的谜团:中等质量黑洞是如何形成的?

“什么是迷人的,为什么人花了很多时间试图找到这些中等质量的黑洞,因为它揭示了过程发生在早期宇宙的广大遗物是什么黑洞,黑洞或新形成的机制,我们还没有想到,”哈里森说,菲奥娜,帕萨迪纳市加州理工学院的物理学教授,加州,美国宇航局NuSTAR任务的首席调查员。

黑洞101

一个黑洞在空间中是一个极致密的物体,没有光可以逃脱。当材料落入黑洞时,它就没有出路。并且越一个黑洞吃,越多,质量和尺寸就越多。

黑洞的类型

最小的黑洞被称为“恒星质量”,其质量是太阳的1到100倍。它们是恒星在被称为超新星的剧烈过程中爆炸时形成的。

另一方面,超级分类的黑洞是大星系的中央锚 - 例如,我们的太阳和银河系中的所有其他恒星都是一个名为Sagittarius的黑洞,重量约为410万太阳能群众。甚至更沉重的黑洞 - 以65亿日的太阳能质量 - 用作Galaxy Messier 87(M87)的核心。M87的超大自主黑洞出现在来自视界望远镜的著名图像它首次展示了一个黑洞及其“影子”。这个阴影是由视界引起的,视界是黑洞的不可逆转点,它通过强大的引力弯曲并捕捉光线。

超大质量黑洞的周围往往有被称为“吸积盘”的物质盘,这些物质盘由极热的、高能的粒子组成,当它们接近视界时发出明亮的光——视界是黑洞无法返回的区域。那些因为吃了很多东西而使其圆盘发光的星系被称为“活动星系核”。

产生黑洞所需的物质密度是令人难以置信的。要产生一个质量是太阳50倍的黑洞,你必须把相当于50个太阳的东西塞进一个直径小于200英里(300公里)的球里。但在M87的核心部分,就好像65亿个太阳被压缩成一个比太阳轨道还宽的球体冥王星。在这两种情况下,密度都是如此之高,以至于原始物质必须坍缩成一个奇点——时空结构上的一个裂缝。

原始超级分类黑洞

该艺术家的概念说明了年轻,明星的星系的核心中已知的最原始的超迹线孔(中央黑点)中的一个。信用:NASA / JPL-CALTECH

黑洞的谜团的关键是他们可以生长的速度的物理限制。即使是星系中心的巨型怪物也有局限性对其饲养的炸液,因为通过从事件范围附近加速的热颗粒的高能辐射推动了一定量的材料。只需进食周围物质,例如,低质量的黑洞可能只能在3000万年中增加其质量。

“如果您从50个太阳能群众的群众开始,您将无法将其长到10亿多年超过10亿多年的太阳能群众,”史密松天体物理天文台,剑桥,马萨诸塞州和莫斯科州立大学的天体物理学家。但是,“正如我们所知,在形成宇宙后,有超大的黑洞存在不到10亿年。”

如何制作一个你看不到的黑洞

在宇宙早期的历史中,一个中等质量黑洞的种子可能是由一个巨大的、稠密的气体云坍塌或超新星爆炸形成的。在我们的宇宙中爆炸的第一批恒星的外层是纯氢和氦,而较重的元素集中在核心。这是一个比爆炸的现代恒星质量更大的黑洞的配方,现代恒星的外层被重元素“污染”,因此通过恒星风失去更多的质量。

“如果我们与100倍太阳质量形成黑洞在宇宙早期,其中一些应该合并在一起,但你基本上就应该产生一系列的质量,然后他们中的一些应该仍然存在,”托德Strohmayer说,NASA戈达德太空飞行中心的天体物理学家,绿地,马里兰州。“那么,如果它们真的形成了,它们在哪里?”

星系NGC1313

一个名为ESO 243-49的星系,是一个称为HLX-1的极明对象的所在地。在此图像中圈出,HLX-1是科学家发现的中间质量范围中最有可能的黑洞的示例。信贷:美国宇航局;esa;悉尼大学天文学研究所和悉尼悉尼学院

中间质量黑洞仍然可以出来的一个线索来自国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台,利奥这是加州理工学院和麻省理工学院的合作项目。LIGO探测器与位于意大利的一个名为Virgo的欧洲设备结合在一起,发现了许多不同的黑洞合并现象,这些黑洞通过时空的涟漪被称为“时空”引力波

2016年,LIGO宣布了半个世纪以来最重要的科学发现之一:首次探测到引力波。具体来说,位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿汉福德的探测器,捕捉到了两个黑洞合并的信号。这两个黑洞的质量分别是太阳质量的29倍和36倍,这让科学家们感到惊讶。虽然这些在技术上还不是中等质量,但它们已经大到足以让人侧目。

有可能所有中等质量的黑洞已经合并,但技术还没有很好地调整来定位它们。

那么他们在哪里呢?

在中等质量的沙漠中寻找黑洞是很棘手的,因为黑洞本身不发光。然而,科学家们可以使用精密的望远镜和其他仪器来寻找特定的迹象。例如,由于流入黑洞的物质不是恒定的,被消耗的物质的块状会导致环境中光输出的某些变化。这种变化在较小的黑洞中比在较大的黑洞中更容易被观察到。

“在少步时间的时间内,你可以做出古典活跃的银核的观察活动需要数月,”肠内志说。

最有前途的中间质量黑洞候选者称为HLX-1,质量为太阳的约20,000倍。HLX-1代表“超光线X射线源1”,其能量输出高于太阳恒星。它是在2009年被澳大利亚天文学家Sean Farrell发现的,使用了欧洲航天局的XMM-Newton X射线空间望远镜。一个2012年的研究利用美国宇航局的哈勃和斯威夫特太空望远镜发现了一群年轻的蓝色恒星围绕这个天体运行的迹象。它可能曾经是矮星系的中心,后来被更大的星系吞噬ESO243 - 49。哈里森说,许多科学家认为HLX-1是一个已被证实的中等质量黑洞。

星系NGC1313

这张照片是由欧洲南方天文台的超大型望远镜拍摄的,显示了NGC1313星系的中心区域。这个星系是超亮x射线源NCG1313X-1的发源地,天文学家现在已经确定它是一个中等质量的候选黑洞。NGC1313直径5万光年,距离银河系约1400万光年,位于网状星座的南部。信贷:ESO

“它发出的X射线光的颜色,就像它的行为一样,与黑洞非常相似,”哈里森说。“很多人包括我的小组,有程序找到看起来像HLX-1的东西,但到目前为止没有任何一致。但狩猎继续下去。“

亮度较低的物体可能是中等质量的黑洞,它们被称为超铝质x射线源,简称ULXs。一个被称为NGC 5408 X-1的闪烁ULX对寻找中等质量黑洞的科学家来说特别有趣。但是,美国宇航局的核星和钱德拉x射线天文台发现,许多ULX天体并不是黑洞——相反,它们是脉冲星,一种密度极高的恒星残骸,看起来像灯塔一样脉冲,这让科学家们感到震惊。

M82 X-1,最亮的X射线源在Galaxy M82中,是另一个非常明亮的物体,似乎在与中间质量黑洞一致的时间尺寸上闪烁。这些亮度变化与黑洞的质量有关,并且由靠近增液盘的内部区域附近的轨道材料引起的。2014年的研究通过观察x射线的特定变化,估计M82 X-1的质量相当于400个太阳。科学家们利用美国宇航局的罗西x射线定时探测器(RXTE)卫星的档案数据来研究这些x射线亮度变化。

最近,科学家们研究了一组更大的可能的中等质量黑洞。2018年,奇林加里安及其同事通过重新分析斯隆数字巡天计划的光学数据,并将最初的前景与钱德拉和XMM-Newton的x射线数据进行匹配,描述了10个候选样本。他们现在正在用位于智利和亚利桑那州的地面望远镜进行跟踪。西班牙空间科学研究所的马·梅兹夸(Mar Mezcua)领导了2018年的另一项研究,也使用了钱德拉的数据,发现了矮星系中的40个正在成长的黑洞,它们可能处于特殊的中等质量范围。但Mezcua和他的合作者认为,这些黑洞最初是在巨大的云层坍塌中形成的,而不是由恒星爆炸产生的。

下一步是什么

矮星系是值得继续研究的有趣地方,因为从理论上讲,较小的恒星系统可能拥有质量远低于我们这样的大型星系中心的黑洞。

科学家还在寻找球簇 - 位于银河系和其他星系的郊区的球形浓度 - 出于同样的原因。

“可能存在这样的黑洞,在这样的星系中,但如果它们没有吸积大量物质,可能很难看到它们,”Strohmayer说。

中等质量黑洞的搜寻者正急切地等待着NASA的发射詹姆斯韦伯太空望远镜它将追溯第一个星系的黎明。韦伯将帮助天文学家弄清楚哪个是先出现的——星系或其中心的黑洞——以及黑洞可能是如何组合在一起的。结合x射线观测,韦伯的红外数据对于识别一些最古老的候选黑洞非常重要。

俄罗斯空间局Roscosmos于7月推出的另一个新工具称为Spectrum X-Gamma,这是一个航天器,它将在X射线中扫描天空,并带有由NASA Marshall Space Flight Center,Huntsville,阿拉巴马州开发和建造镜子的仪器。从Ligo-Virgo合作流动的引力波信息也将有助于搜索,欧洲航天局的计划激光干涉仪空间天线(LISA)使命。

除了现有的仪器和技术,这些新仪器和技术将帮助天文学家继续在宇宙花园中寻找黑洞的种子,以及像我们自己的星系。

6个评论论“失踪的种子:特大质量黑洞的神秘之谜”

  1. 请注意,你的文章的理论基础:广义相对论和大爆炸理论是基于错误的概念叫做时空不存在在自然界中,更不用说奇点的存在和时空涟漪,因为我们的身体是绝对的和独立的3 d空间在下列证明:

    狭义相对论的致命错误是将洛伦兹变换所定义的相对论时间等同于物理过程状态所定义的物理时间,如物理时钟。

    设两个理想的树:一种是静态的,另一种是移动速度v,都以同样的速度增长r和拥有相同的高度H(校准物理时间帧独立校准常数k)观察到任何相对论时间t的惯性参考系(x, y, z, t)狭义相对论,然后我们有

    H = H = r*t/k (1)
    H2 = H = R * T / K(2)

    t1 = t, t2 = t, x1 = 0, x2 = v*t。

    当这两棵树在惯性参照系(x ', y ', z ', t ')中以速度v运动时,我们可以用洛伦兹变换得到

    H1'= H = R1'* * T1'/ K(3)
    H ' = H = r2 ' *t2 ' /k (4)

    使用x1'= -v * t1',x2'= 0和

    t1'=γ*(t1 - v * x1 / c ^ 2)=γ*(t - v * 0 / c ^ 2)=γ* t(5)
    T2'=γ*(t2 - v * x2 / c ^ 2)=γ(t - v *(vt)/ c ^ 2)= t /γ(6)

    因为树的高度不经历由水平速度v引起的洛伦兹收缩。

    从(1)(3)(5)得到

    R1'= H * k / t1'=(r * t / k)* k /(γ* t)= r /γ(7)

    从(2)(4)(6)得到

    r2 ' = H*k/t2 ' = (r*t/k)*k/(t/γ)=γ*r (8)

    That is, when the two trees are observed in the frame of (x’, y’, z’, t’), they still have the same height H (i.e. the same physical time), but have different relativistic times as shown by (5) and (6), and different growing rates as shown in (7) and (8).

    因此,物理时间是Lorentz不变和绝对的,不同于相对论的时间,这只是由Lorentz转换定义的人为时间,以产生假的恒定光速,因此所有str描述与真实的物理世界无关。

    由于物理时间是绝对的、独立于三维空间的,所以在自然界中不存在所谓的时空。

    关于证明狭义相对论的更多细节,请查看同行评审发表的论文,这些论文可以在以下网站免费获得https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativityhttps://www.researchgate.net/publication/297528348_Clock_Time_Is_Absolute_and_Universal

    • 伟大的帖子,新航沉。至少,思想挑起并实际上质疑天体物理学的现状。Unfortunately, virtually no one within the mainstream dares question black holes, big bang, dark matter/energy, etc. This is all that’s taught in universities, and this is what is funded, so there’s no other intellectual/scientific frameworks for these scientists to refer to, and no money to be found for alternative and no doubt more legitimate, more scientifically based pursuits. Basically, all the black/dark “theories” are a cash cows because they’re so sensational. Einstein said it best, “Imagination is more important than knowledge.” That’s basically the guiding principal of astrophysics now, and where it was totally derailed. It’s imagination gone amok that’s created a virtual fairly land of mysterious, mystical, supernatural entities based on extreme assumptions, ideas, and speculations clothed in the guise of science, but without any real scientific foundation. Fantastic for capturing public imagination and money, toxic to real scientific progress.

    • 离谱的想法需要严格的证明。这就是爱因斯坦在建立弯曲时空理论时所做的。请原谅我们在等你拿出证明这事的参考文献。不过你应该试试,科学就是这样发展的。但在你最终证明它之前,不要断言它成功了。

  2. 空间的研究是许多人的最爱,但我很想知道空间中未知的东西。换句话说,我可以说我有狂热来了解神秘的东西,所以我检查信息这里是关于获得论文的帮助来完成关于黑洞和这样的超大质量物体的研究。当我在搜索内容时,我幸运地发现了《enigma》中丢失物体的细节。

    • 您的更好的赌注是维基百科和简单的维基百科。从那里开始。
      关于黑洞,有两集Nova系列,由哥伦比亚大学教授讲述,非常不错。

  3. 大家好,我不是科学家,你可能已经从我的问题中知道了,这只是我和朋友们讨论时想到的一个想法。如果一个黑洞可以存活数十亿年,在这段时间内,它可以与其他黑洞合并,在这段旅程中,它会吞噬路径上的一切,这可能包括小星系,随着黑洞变大,也可能包括更大的星系。它消耗的所有物质都在奇点结束。是否有可能随着时间的推移,这种密度变得如此之大,以至于黑洞不再能够支持这种质量和爆炸,这种爆炸如此之大,如此猛烈,以至于它撕裂了空间,并在那个空间中创造了一个新的宇宙。我之前已经在网上留言了,但再也找不到我的问题的答案了,如果可能的话,有人可以给我发邮件回复一下上面的理论吗?亲切的问候

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