知道了宇宙中恒星级质量黑洞的总数ღ◈,可以帮助人类进一步理解宇宙“巨型怪兽”是如何从“轻种子”黑洞生长起来的ღ◈,进而可以让人们对恒星演化ღ◈、星系演化等基本天体物理过程有更深刻的认识ღ◈,对双黑洞系统的形成渠道有更清楚的分辨ღ◈,对双星演化涉及的物理过程有更好的理解ღ◈。
黑洞ღ◈,宇宙中最神秘的天体之一必发bifaღ◈,ღ◈,它的起源和形成讲述着宇宙的过去和未来ღ◈。黑洞在宇宙中占比多少?对宇宙有多大影响?科学家一直在寻找答案ღ◈。
不久前ღ◈,来自意大利国际高等研究院(SISSA)等机构的科学家在《天体物理学杂志》上撰文称ღ◈,他们首次计算出恒星级质量黑洞在整个宇宙中的数量及分布情况ღ◈。他们估计ღ◈,宇宙中恒星级质量黑洞的数量达到了4000亿亿个ღ◈。
据悉ღ◈,研究人员通过黑洞诞生的几率bifa必发官网ღ◈、恒星质量ღ◈、星系的金属丰度等多个指标综合评估得到了恒星级质量黑洞数据ღ◈。
“恒星级质量黑洞是大质量恒星演化到终结的产物bifa officalღ◈,ღ◈,它的数量中隐含着恒星ღ◈、双星形成和演化以及星系形成和演化的信息ღ◈。”华中科技大学物理学院教授雷卫华表示ღ◈,研究这些黑洞的数量和质量分布ღ◈,对于理解星系和宇宙的结构及演化具有重要意义ღ◈,因此宇宙中究竟有多少个黑洞ღ◈,也是现代天体物理学和宇宙学领域最希望解决的问题之一ღ◈。
现有理论认为ღ◈,恒星级质量黑洞ღ◈,即5倍—150倍太阳质量的黑洞ღ◈,是恒星走向寿命终点后坍塌而成ღ◈,这些黑洞互相之间也常发生并合事件bifa必发官网ღ◈,并合后的黑洞质量更大bifa必发官网ღ◈。但是科学家仍不明确ღ◈,那些超大质量黑洞到底是怎样发展而来ღ◈。
科学研究表明ღ◈,很多星系中心都“隐藏”着百万到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞ღ◈,它们是宇宙中的“巨型怪兽”ღ◈,而它们与星系之间存在着紧密联系ღ◈,其中几千到百万倍太阳质量的中等质量黑洞被认为是形成这些宇宙“巨型怪兽”的“重种子”ღ◈,而恒星级质量黑洞则是形成宇宙“巨型怪兽”的“轻种子”ღ◈。因此ღ◈,探测出两类“种子”的数量及分布是研究超大质量黑洞形成的理论基础ღ◈。
那么ღ◈,宇宙中是否存在几千到百万倍太阳质量的中等质量黑洞?雷卫华表示目前也只有一些观测上的初步证据ღ◈,实际中等质量黑洞是否存在尚不清楚ღ◈。但是ღ◈,对于解释一些出现在早期宇宙(宇宙诞生后8亿年内)中超过10亿倍太阳质量的黑洞来说ღ◈,中等质量黑洞的存在具有决定性意义ღ◈。未来空间引力波探测或许会给出答案ღ◈,告诉我们到底有没有中等质量黑洞ღ◈,以及有多少中等质量黑洞ღ◈。
雷卫华介绍ღ◈,随着望远镜探测能力不断提升ღ◈,人类对宇宙的探测越来越深必发ღ◈。ღ◈,与黑洞相关的很多现象都发生在宇宙学尺度ღ◈,科学家观测这些现象所获得的天体性质也是在宇宙尺度上的ღ◈,“估算跨越宇宙演化历程的黑洞分布和数量对于解释超大质量黑洞具有决定性作用ღ◈,对天体物理研究是非常有意义的ღ◈。”雷卫华说ღ◈。
黑洞引力非常大ღ◈,无论是物质还是辐射bifa必发官网ღ◈,甚至光都难以从黑洞内部逃脱ღ◈,也正因为如此ღ◈,人类无法直接看到它们ღ◈。科研人员表示ღ◈,黑洞无法直接观测ღ◈,但可以借由一些间接方式得知黑洞的存在与质量ღ◈。例如ღ◈,借由物体被黑洞吸入前因黑洞引力带来的加速度而导致的摩擦放出的射线信息ღ◈,可以推测出黑洞的存在父子年下 为车而车ღ◈,也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹来获取黑洞的位置以及质量ღ◈。
要估计宇宙中究竟存在多少个恒星级质量黑洞父子年下 为车而车ღ◈,关键要弄清恒星级质量黑洞在宇宙演化过程中的分布情况ღ◈,这在天文学中被称为黑洞的质量函数ღ◈。事实上ღ◈,测算黑洞数量ღ◈,还可以使用双星演化数据ღ◈、其他不同的理论模型ღ◈,或基于引力波探测的结果来估计恒星级质量黑洞的分布ღ◈,进而得到宇宙中黑洞的数量父子年下 为车而车ღ◈。
此次最新研究中ღ◈,研究团队利用自己开发的恒星和双星演化代码并结合宇宙演化历程中星系物理性质的统计ღ◈,得到了恒星级质量黑洞在整个宇宙演化历程中的质量分布ღ◈。由此结果bifa必发官网ღ◈,人们便可以估算出目前整个可观测宇宙中恒星级黑洞的总数量ღ◈。
雷卫华解释ღ◈,具体而言ღ◈,首先需要基于已有的观测知识给出宇宙演化历程中星系的性质ღ◈,其中包括会对恒星和双星演化产生显著影响的恒星形成率ღ◈、恒星质量分布和金属丰度分布等物理量ღ◈。其次ღ◈,利用代码来追踪这些恒星或双星的演化过程ღ◈。
“只有那些大质量的恒星才能在其生命尽头发生超新星爆发并坍缩为黑洞ღ◈,对于双星系统ღ◈,其伴星可能在演化中已经被抛射出去或被摧毁ღ◈,演化为孤立黑洞ღ◈,也有可能形成双黑洞系统ღ◈,并辐射引力波ღ◈。”雷卫华说ღ◈,这项计算还考虑了双黑洞系统由于辐射引力波而最终并合形成更大质量黑洞ღ◈,从而导致黑洞的质量分布变化的情况ღ◈。
基于黑洞质量分布的估计父子年下 为车而车ღ◈,虽然得到宇宙中黑洞的数量大得惊人ღ◈,但其总质量仍只占宇宙中普通物质的1%左右ღ◈。其中ღ◈,超大质量黑洞所占更少ღ◈。雷卫华解释ღ◈,通常一个星系只有一个超大质量黑洞ღ◈,这表明大部分的普通物质仍存在于星云中ღ◈,这里是恒星诞生的地方ღ◈。这些普通物质将继续驱动着恒星的诞生和演化ღ◈,并影响星系的结构和演化父子年下 为车而车ღ◈。
知道了宇宙中恒星级质量黑洞的总数bifa必发官网ღ◈,可以帮助人类进一步理解宇宙“巨型怪兽”是如何从“轻种子”黑洞成长起来的ღ◈,进而可以让人们对恒星演化ღ◈、星系演化等基本天体物理过程有更深刻的认识ღ◈,对双黑洞系统的形成渠道有更清楚的分辨ღ◈,对双星演化涉及的物理过程有更好的理解ღ◈。
雷卫华说bifaღ◈。ღ◈,恒星级质量黑洞是明亮X射线源ღ◈、超新星爆发ღ◈、短时标伽马射线暴和千新星等高能天体物理现象的中心天体ღ◈,了解黑洞的数量和质量分布ღ◈,会加深我们对这些天体现象及其物理本质的理解ღ◈,对这些剧烈爆发事件的发生做出预判ღ◈。而这些高能现象也是生产宇宙中重元素的“工厂”ღ◈,对人类进一步理解生命的起源也至关重要ღ◈。
此外ღ◈,双黑洞系统是重要的低频和高频引力波源ღ◈,是“天琴”“太极”等空间引力波探测器和地面引力波探测器的目标源ღ◈,对黑洞分布的进一步了解ღ◈,将帮助人类在更高精度研究黑洞物理ღ◈、限制宇宙学参数bifa必发官网ღ◈,以及检验引力理论ღ◈。
研究团队将恒星和双星演化模型与宇宙演化历程中星系物理性质结合起来ღ◈,这种研究思路受到相关学界普遍认可ღ◈,其测算结果也与地面引力波探测器估计的结果基本吻合ღ◈。但也有研究人员指出ღ◈,研究中用到了很多简化和假设必发官方网站ღ◈。ღ◈,例如只考虑了孤立恒星和双星演化形成黑洞的途径父子年下 为车而车ღ◈。而形成黑洞的其他渠道ღ◈,例如星团bifa必发官网ღ◈、活动星系核吸积盘等并未考虑在内ღ◈。这些渠道对较大质量的恒星级质量黑洞的形成也很重要ღ◈。或许未来将有更多关于黑洞的研究揭示更多黑洞的秘密ღ◈。
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