黑洞的视界半径能够超过一光年吗?有什么依据呢?

是可以的,依据就是黑洞现在慢慢的正在扩增。目前它的半径是0.9光年。去年还是0.8。

是不会的,依据就是如果超过一光年的话,将会产生很大的磁场。这种磁场会把我们地球全部都吸走。

在科学家的观测中,到目前为止,已经发现的宇宙中最大的黑洞的史瓦西半径都没有超过0.1光年的。所以更别提直径1光年这么大的黑洞了。但是没发现不等于没有,理论上是存在这种视界半径超过1光年的黑洞的。前提条件是,要给这个诞生后的黑洞足够的时间和物质去吞噬,就能形成这么大的黑洞。但是我们都知道,星系之间的空间是非常的宽广的,物质很少,所以当黑洞吞噬完一个星系之后,也许还可以继续吞噬周围的几个星系,这之后恐怕就很难在周围继续吞噬物质继续长大了。不过宇宙这么大,谁能保证没有例外呢。在我们没发现这么大的黑洞之前,只要有可能性,这种事情就有存在的机会。毕竟,在地球上诞生我们人类这种低概率的事情都发生了,那要产生一个这样的黑洞的概率并不会比人类出现的概率小,没理由就没有。

按照目前的天文观测结果来看,我们的宇宙中黑洞的半径不太可能超过1光年。这是依据天文观测所发现的宇宙年龄、宇宙各向同性、宇宙加速膨胀和史瓦西半径公式计算得到的1光年黑洞质量联合分析得到的,下面我们详细分析一下。


半径1光年的黑洞有多大?结果超乎你想象!

既然要知道黑洞半径能否超过一光年,我们自然要先确定1光年的黑洞包含多大的质量,要计算黑洞质量,当然是用计算黑洞大小的史瓦西半径公式。这是德国天文学家卡尔·史瓦西求解广义相对论的引力场方程时得到的。


但是这条公式是根据质量计算半径的,因此我们要对它进行一下变换,简单的移项后得到:M=Rc^2/2G,这就是我们要的黑洞质量公式。其中M为黑洞质量,R为黑洞半径即史瓦西半径,c是光速常数,G是万有引力常数。这样我们代入题目中的1光年=365.25x24x3600x299792458=9.46x10^15米,得到黑洞质量为:3.2x10^12倍太阳质量!即3.2万亿倍太阳质量……


相比之下,包含了暗物质晕的银河系最大质量估计为4.5×10^12。也就是说,这个黑洞要与包含暗物质晕的整个银河系的质量相当!而包含了暗物质晕的银河系半径约为32.6万光年!把半径30万光年的物质压缩到1光年内,这可能吗?虽然这并非绝对不可能,但存在诸多困难。


宇宙各向同性——宇宙早期难以产生极端质量的引力坍缩

在对宇宙微波背景辐射的测量中,科学家发现它异乎寻常的均匀,这意味着在宇宙膨胀的早期,宇宙中的能量分布是极度均匀的,否则在早期宇宙膨胀的过程中,由于过早地在部分区域产生大规模的引力坍缩,从而导致宇宙的不均匀度在膨胀中被放大。


目前有理论认为,在宇宙大爆炸早期的密度涨落可能会产生一些黑洞,这种黑洞被称为原初黑洞。但理论上它们的质量上限为10万倍太阳质量左右,距离3万亿还差的有点远……


有限的宇宙年龄——宇宙诞生至今仅138.2亿年

虽然把半径30万光年的物质压缩到1光年内似乎是天方夜谭,但假如有足够的时间,通过吞噬和合并,星系中心的黑洞似乎确实能吃光星系内的所有物质。甚至有理论认为,整个宇宙会在黑洞的合并中重新坍缩回奇点。

然而这些理论里,这个黑洞并合直至重新坍缩的过程无比漫长……远超目前的宇宙年龄。


绝望的未来——宇宙正在加速膨胀

假如仅仅是由于时间不足,我自然不能说半径1光年的黑洞无法形成。在过去,由于考虑到时间的对称性,很多科学家都认为宇宙最终可能会重新坍缩,这样,半径1光年的黑洞就必然会形成。然而,在上世纪末,两个研究小组在对遥远星系的测量时发现,大约在70亿年前,宇宙开始加速膨胀!也就是说,以现在宇宙膨胀的趋势,宇宙将无法重新坍缩回去。遥远的星系将慢慢远离,直到有一天,在整个可观测宇宙范围内,只剩下我们一个孤独的星系……至于在这个孤独的星系里,在宇宙膨胀的作用下,物质能不能全部坍缩进星系中心黑洞?这可能需要对加速膨胀更多了解才能确定。这也是我在开头只说“不太可能”而不是“不可能”的原因。


已知最大的黑洞——类星体TON 618

说了那么多,其实最重要的依据还是来自天文观测。目前人类发现质量最大的黑洞是来自104亿光年外的一个类星体TON 618,它被认为核心存在一个质量约为660亿倍太阳质量的黑洞。它的半径仅有0.02光年,距离1光年的半径还差50倍左右。

那么是否还有更大的呢?也许能有超越TON 618的,但要达到万亿倍太阳质量以上似乎是不可能的。


来自天文观测的限制——引力透镜

根据广义相对论,超大质量的黑洞将弯曲其周围的空间,这会使它周围的恒星和星系产生形变。1光年的黑洞将能产生较强的引力透镜效应(类似于凸透镜的放大效应),目前没有观测到这种现象。熟悉天文和物理的同学可能会想起,暗物质就是通过引力透镜发现的,天文学家发现某些星系的光度质量(根据其光学亮度和距离计算的理论质量)远小于其引力质量(根据引力透镜效应计算的理论质量)。加上星系旋转曲线异常(星系外围转动速度超出理论值),科学家提出了暗物质的概念来解释这些异常现象。你可能会想,会不会这些被认为存在大量暗物质的星系里,实际上是有一个万亿级的超级黑洞?


然而这同样是没有观测证据。由于超大质量天体不止是对背后的遥远星系产生引力透镜效应,对背后的恒星同样会产生强引力透镜效应,对于万亿级的黑洞,其质量已经相当于一个星系了,但它却在两光年的空间内,这将会对其背后的恒星产生强引力透镜效应,理论上这是很容易被观测发现的,既然科学家宁愿虚构一种未知的暗物质,也不愿意解释为中心有个超级黑洞,那就证明观测证据并不支持这种假设。


后记

以上分析纯属个人观点,对此你又是怎么看的呢?如果你有不同观点欢迎评论交流。我是星宇飘零,关^_^注我,和你分享更多有趣科学知识。

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