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超大質(zhì)量黑洞
位于星系中心的天體現象
超大質(zhì)量黑洞（英語(yǔ)：Supermassive black hole）是一種黑洞的類(lèi)型，其質(zhì)量介于100萬(wàn)倍至100億倍太陽(yáng)質(zhì)量之間。通常相信在包括銀河系在內所有星系的中心，都會(huì )有一個(gè)或數個(gè)超大質(zhì)量黑洞的存在。
基本信息
| 中文名 | 超大質(zhì)量黑洞 |
| 外文名 | Supermassive black hole |
| 質(zhì)量 | 100萬(wàn)倍至100億倍太陽(yáng)質(zhì)量 |
| 別名 | 超重黑洞 |
| 分類(lèi) | 黑洞 |
| 位置 | 所有星系的中心 |
收起
研究發(fā)現
可以統治整個(gè)星系內的所有天體
超大質(zhì)量黑洞
銀河系中央的超大質(zhì)量黑洞位于人馬座A中，根據科學(xué)家的統計，銀河系的中央隆起中包括了大約1百億顆恒星，跨度達到數千光年左右，其周?chē)嬖谝恍m埃團和氣體結構，使得我們對銀河系中央隆起的觀(guān)測受到了一定的影響。
高分辨率的圖像重點(diǎn)對大約200萬(wàn)顆紅巨星進(jìn)行了調查，科學(xué)家對它們的屬性相對有所了解，通過(guò)對這些天體的觀(guān)測精確計算出它們的距離等參數，由此可以建立起一個(gè)關(guān)于銀河系中央隆起結構的三維模型。
超大質(zhì)量黑洞
北京時(shí)間2021年3月24日晚10點(diǎn)，曾成功捕獲人類(lèi)有史以來(lái)首張黑洞照片的事件視界望遠鏡（EHT）合作組織，又為揭秘M87超大質(zhì)量黑洞提供了一個(gè)嶄新視角：它在偏振光下的影像。這次，EHT拍攝到了黑洞陰影周?chē)母叻直媛势駡D像。
2022年5月，在包括上海在內的全球各地同時(shí)召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì )上，天文學(xué)家向人們展示了位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的首張照片，該照片由事件視界望遠鏡（EHT）合作組織國際研究團隊，通過(guò)分布在全球的射電望遠鏡組網(wǎng)“拍攝”而成。
比較
區別
超大質(zhì)量黑洞
推導過(guò)程
史瓦西半徑的公式：R=2GM/c^2
G=6.67*10^(-11)，是引力常量
M為天體質(zhì)量
密度公式p=m/v
球體體積V=(4/3)*πR^3
密度p=M/V=M/[(4/3)*πR^3]
=3M/[4π(2GM/c^2)^3]
=3c^6/(32*πG^3*M^2)
除了M均為常量
代入π=3.14……
G=6.67*10^(-11)
c=3*10^8m/s
若令k=3c^6/(32*πG^3）=7.335*10^79
p=3c^6/(32*πG^3*M^2)=k/M2=7.335*10^79/M^2
由于史瓦西半徑是形成黑洞天體的最大天體半徑，其半徑比這個(gè)小，半徑小體積就會(huì )小，質(zhì)量一定時(shí)密度就大，所以史瓦西半徑下的黑洞密度最小，也就是上式密度最小，根據上式，密度與質(zhì)量的平方呈反比，其余皆為常數，所以質(zhì)量越大的物體密度越小。
如果地球成為黑洞，史瓦西半徑R=0.009m，密度p=2.05*10^30kg/m^3
太陽(yáng)(質(zhì)量M=2*10^30kg)R=2964m，p=1.83*10^19kg/m^3
20萬(wàn)倍太陽(yáng)天體M=4*10^35kg,R=6*10^8m,p=4.6*10^8kg/m^3
1g球體：R=1.48*10^(-30)m,p=7.335*10^85kg/m^3
另外受到天體自轉等其他影響，這里的史瓦西半徑是理想狀態(tài)，不自轉的絕對球體，一般情況下稍有不同（自轉，橢球體）。
形成
超大質(zhì)量黑洞的形成有幾個(gè)方法
超大質(zhì)量黑洞
形成超大質(zhì)量黑洞條件
形成超大質(zhì)量黑洞的問(wèn)題在于如何將足夠的物質(zhì)加入在足夠細小的體積內。要做到這個(gè)情況，差不多要將物質(zhì)內所有的角動(dòng)量移走。向外移走角動(dòng)量的過(guò)程就是限制黑洞膨脹的因素，并會(huì )導致形成吸積盤(pán)。
根據觀(guān)測，黑洞的類(lèi)別有著(zhù)一些差距。一些從恒星塌縮的黑洞，最多約有10太陽(yáng)質(zhì)量。最小的超大質(zhì)量黑洞約有數十萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量。但卻沒(méi)有在它們之間質(zhì)量的黑洞。不過(guò)，有模型指異常明亮的X射線(xiàn)源有可能是在這個(gè)遺失范圍的黑洞。
歷史
一些星系，如0402+379星系有兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞，形成一個(gè)二元系統。若它們相撞，將會(huì )產(chǎn)生強勁的重力波。最新超級計算機模型顯示，星系中心超大質(zhì)量黑洞可能起源于宇宙最早期星系碰撞質(zhì)量是太陽(yáng)數百萬(wàn)倍至數十億倍的超大質(zhì)量黑洞通常存在于每個(gè)星系的中心區域，天文學(xué)家現發(fā)現超大質(zhì)量黑洞存在于宇宙形成之初的10億年內。目前，超級計算機計算顯示，宇宙早期超大質(zhì)量原星系之間的合并為超大質(zhì)量黑洞的孕育提供了“滋養平臺”。宇宙誕生于137億年前。在宇宙早期，巨型原始星系之間的合并十分普遍，超級計算機模擬顯示這種原始星系碰撞合并形成一種不穩定、旋轉氣體盤(pán)狀結構，其中的漏斗狀氣體僅在10萬(wàn)年內就逐漸堆積形成太陽(yáng)質(zhì)量1億多倍的微型氣體云。該氣體云崩潰形成黑洞，致使該黑洞在大約1億年里通過(guò)從周?chē)P(pán)狀結構吸取氣體形成太陽(yáng)10億倍的質(zhì)量。此前天文學(xué)家曾認為超大質(zhì)量黑洞、星系和其它巨型星系結構通過(guò)逐漸引力吸引宇宙物質(zhì)，最終形成質(zhì)量越來(lái)越大的星系結構。美國俄亥俄州大學(xué)天文學(xué)家斯特利奧斯-卡贊特茲迪斯(Stelios Kazantzidis)是該研究報告合著(zhù)作者之一，他說(shuō)：“我們的研究結果顯示星系和超大質(zhì)量黑洞在內的較大宇宙結構體在宇宙歷史進(jìn)程中形成時(shí)間很短暫?！彼赋?，這項最新研究對于我們理解黑洞和星系的進(jìn)化具有更深遠的意義?？ㄙ澨仄澖忉尫Q(chēng)，依據傳統理論，星系的性質(zhì)和其中心的黑洞質(zhì)量密切相關(guān)，兩者處于“平行生長(cháng)關(guān)系”，但這一理論現應當進(jìn)行修改。在我們的最新超級計算機模型中，黑洞的生長(cháng)速度快于星系，因此黑洞并不完全受星系的增長(cháng)所控制。瑞士蘇黎世大學(xué)天體物理學(xué)家盧西奧-梅耶(Lucio Mayer)是該項研究負責人，他指出，該模型的一個(gè)重要結論是宇宙最早期的星系中心區域擁有比之前預期更大的超大質(zhì)量黑洞。這項最新發(fā)現將有助天文學(xué)家更好地揭開(kāi)神秘的引力波，依據愛(ài)因斯坦的廣義相對論，遠古星系合并將形成壯觀(guān)的引力波，所形成的漣漪在時(shí)空和太空中的殘留部分仍能探測到。目前，這項科學(xué)研究發(fā)表在8月26日出版的《自然》雜志上。
其它信息
多普勒效應量度
超大質(zhì)量黑洞
在很多星系中心的超大質(zhì)量黑洞被認為是活躍星系（如賽弗特星系及類(lèi)星體）的「引擎」。馬克斯-普朗克太空物理學(xué)研究所及洛杉磯加利福尼亞大學(xué)基于歐洲南方天文臺及凱克天文臺的數據，提供了證據指人馬座A*就是在銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞。根據計算，它可能有260萬(wàn)倍的太陽(yáng)質(zhì)量。
銀河系以外的超大質(zhì)量黑洞
于2004年5月，Paolo Padovani及其他天文學(xué)家發(fā)表他們發(fā)現了在銀河系以外30個(gè)超大質(zhì)量黑洞。他們的發(fā)現令我們知道超大質(zhì)量黑洞的數量最少是以往所知的兩倍?，F時(shí)相信每一個(gè)星系的中央包含一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，而它們大部份都處于「不活躍」的狀態(tài)且吸積不多。相反在球狀星團的中央卻沒(méi)有黑洞，不過(guò)相信一些如在飛馬座的M15及在仙女座星系的Mayall II的中央仍有黑洞，估計質(zhì)量約有十萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。
一些星系，如0402+379星系中有兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞，形成一個(gè)二元系統。若它們相撞，將會(huì )產(chǎn)生強勁的引力波。
隱藏著(zhù)五個(gè)超大質(zhì)量黑洞
天文學(xué)家發(fā)現宇宙中隱藏著(zhù)更多還未發(fā)現的超大質(zhì)量黑洞，一組國際科學(xué)家小組利用核頻譜望遠鏡陣列對此前認為是塵埃和氣體的物質(zhì)聚集區進(jìn)行觀(guān)測，發(fā)現其中隱藏著(zhù)五個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它們釋放出高能X射線(xiàn)。本項研究由英國杜倫大學(xué)天文學(xué)家主導，旨在說(shuō)明宇宙潛伏著(zhù)數百萬(wàn)尚無(wú)法被發(fā)現的超大質(zhì)量黑洞。本項研究成果在英國皇家天文學(xué)會(huì )的國家天文學(xué)會(huì )議上進(jìn)行了闡述。
核頻譜望遠鏡陣列是美國航天局先進(jìn)空間望遠鏡，可對活躍星系中央的高能活動(dòng)進(jìn)行監視，在候選的9個(gè)超大質(zhì)量黑洞，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現塵埃和氣體背后隱藏著(zhù)質(zhì)量巨大的黑洞。它們利用這些宇宙物質(zhì)作為“掩護”，使得我們難以發(fā)現它們，但是黑洞吸積物質(zhì)的行為也暴露了它們的存在，高能X射線(xiàn)可穿透這些塵埃和氣體。這也說(shuō)明宇宙中還有更多類(lèi)似的地方需要引起注意，黑洞也可能隱藏在背后。
核頻譜望遠鏡陣列在2012年發(fā)射升空，美國宇航局試圖利用該望遠鏡探測宇宙中更多的高能X射線(xiàn)事件。來(lái)自達勒姆大學(xué)星系天文學(xué)研究生喬治-蘭斯伯里認為我們已經(jīng)知道塵埃和氣體會(huì )遮擋超大質(zhì)量黑洞，而且持續的時(shí)間非常長(cháng)，感謝核頻譜望遠鏡陣列的強大觀(guān)測能力，讓我們清楚地看到黑洞的活動(dòng)。
盡管本次我們只發(fā)現了五個(gè)超大質(zhì)量黑洞，但如果按照概率學(xué)的計算，可以推斷宇宙中還有更多隱藏的黑洞未被發(fā)現。核頻譜望遠鏡陣列科學(xué)家丹尼爾-斯特恩認為高能量X射線(xiàn)比低能X射線(xiàn)穿透力更強，能夠穿透厚厚的塵埃，核頻譜望遠鏡陣列讓我們看到這些隱藏的黑洞有多么龐大，黑洞似乎喜歡將自己隱藏起來(lái)，但它們貪婪的吞噬過(guò)程又會(huì )“暴露”自己的位置。
NASA發(fā)現一個(gè)新的超大質(zhì)量黑洞
NASA發(fā)現新黑洞
這個(gè)超大質(zhì)量黑洞的位置是在星系NGC 3115的核心部位，距離地球大約有3200萬(wàn)光年，雖然最早發(fā)現這個(gè)星系是在1787年，但是真正觀(guān)測到這里有超大質(zhì)量黑洞卻是在1992年，此黑洞質(zhì)量是20億倍太陽(yáng)。
在本次的研究中，天文學(xué)家利用了NASA的錢(qián)德拉X射線(xiàn)太空望遠鏡、歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）的光學(xué)波段數據，合成了清晰程度前所未有的圖像，那些遭受黑洞強大引力牽扯而下落的氣體發(fā)出的輻射，被盡收圖中。這使得天文學(xué)家們除了能觀(guān)察到黑洞對熾熱氣體的吞并外，還可反過(guò)來(lái)了解到物質(zhì)在被黑洞吞噬的過(guò)程中的極端反應。
黑洞在吞噬在其一定范圍內的任何物體，科學(xué)家根據為黑洞的周?chē)鷮С隽艘粋€(gè)“值”這個(gè)值就是所謂的邦迪半徑，當黑洞吞噬物體的時(shí)候，凡是在這個(gè)值以?xún)鹊臍怏w就開(kāi)始下墜。通過(guò)X圖像可以證明氣體受黑洞之力開(kāi)始下墜的時(shí)候，黑洞的強大引力會(huì )讓這些高溫氣體產(chǎn)生非常炙熱的光，科學(xué)家根據這個(gè)氣體溫度上升計算出黑洞的距離大約有700光年，這個(gè)距離就是邦迪半徑。
發(fā)現史上最小的超大質(zhì)量黑洞
目前為止最小的超大質(zhì)量黑洞
雖然這樣大小的超大質(zhì)量黑洞非同尋常，但科學(xué)家們表示它們或可能非常常見(jiàn)?！按蠖鄶敌窍刀急容^小，雖然我們確定每一個(gè)大型星系中央都存在一個(gè)黑洞，但我們并不確定小星系里是否也同樣如此?！毖芯亢献髯髡?、美國密歇根大學(xué)安娜堡分校的天體物理學(xué)家埃琳娜·加洛（Elena Gallo）這樣說(shuō)道?！皩ふ宜鼈兎浅＠щy，這也是我們不確定的主要原因?！?/span>
“即使（小星系里）存在黑洞，”加洛補充說(shuō)道，“我們也不知道它們相對宿主星系的特性是否與大星系里的相同?！盧GG 118本身是一個(gè)小星系，這意味著(zhù)它可能永遠不會(huì )與其他星系合并，產(chǎn)生我們在宇宙里觀(guān)察到的那些龐大的結構。
“它們很可能是相對原始的天體，”加洛在談到小型星系時(shí)這樣說(shuō)道。這個(gè)矮星系可能是宇宙歷史里早期星系建構單元的類(lèi)比。通過(guò)利用麥哲倫望遠鏡II研究RGG 118里氫的運動(dòng)，以及利用錢(qián)德拉太空望遠鏡觀(guān)察星系中央產(chǎn)生的高能X射線(xiàn)，研究人員可以計算出黑洞的質(zhì)量。
最新發(fā)現將提供矮星系和它們的黑洞之間關(guān)系的新見(jiàn)解。但加洛強調它們將需要研究至少一個(gè)以上矮星系的黑洞才能得出一般結論?！斑@些矮星系以及它們極小的黑洞為我們提供了一個(gè)臨近的實(shí)驗室，研究宇宙早期形成黑洞的過(guò)程?！?/span>
質(zhì)量星系關(guān)系
超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量與其宿主星系的形態(tài)有關(guān)。這顯示了星系球體的質(zhì)量與超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量有著(zhù)相互的關(guān)聯(lián)。而黑洞的質(zhì)量亦與星系的分散速度有著(zhù)更緊密的關(guān)系，這個(gè)說(shuō)法仍處于研究階段。
參考資料
[1]
超級黑洞現巨大引力 致銀河系中心呈現隆起 · 米爾[引用日期2015-03-15]
[2]
天文學(xué)家發(fā)現宇宙中到處是黑洞 · 騰訊[引用日期2015-09-16]
[3]
天文學(xué)家發(fā)現目前為止最小的超大質(zhì)量黑洞 · 鳳凰探索[引用日期2015-09-05]
[4]
高清版黑洞照片公開(kāi)，這次你看清了嗎？ · 今日頭條[引用日期2021-03-24]
[5]
天文學(xué)家公布我們銀河系中心黑洞的首張照片 · 今日頭條-環(huán)球網(wǎng)[引用日期2022-05-13]
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銀心
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