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最新研究表明:黑洞的成长过程远远比我们想象要复杂!

图片说明:最新研究表明:黑洞的成长过程远远比我们想象要复杂!,。

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。我们知道,在茫茫宇宙中,有许多超大质量黑洞(SMBs),比如我们所在的银河系中心。黑洞是当今天文学当中最神秘的物体之一,我们从未见过他们的真面目,事实上我们也无法见到它,因为黑洞的引力实在太强了,连光都无法逃脱。要聚集如此庞大的引力,那么黑洞的质量必然大到无法想象,据目前数据统计,一些中小黑洞的质量都可能达到数万甚至数十万倍太阳质量,那么问题来了:黑洞到底如何成长为如今的庞然大物呢?其实对于黑洞,我们对它首当其冲的印象那就是吞噬,黑洞的存在似乎为了吞噬而生,这也是我们熟知的黑洞成长的过程,然而仅仅是吞噬就能够达到如此的规模吗?答案并非如此,最新研究表明黑洞的成长过程远远比我们想象要复杂!新的模拟显示了黑洞不仅可以通过吞噬还壮大自己,还有合并,甚至两者兼之。哈佛天体物理中心的一组科学家正试图对这个问题有所启发。他们已经创建了一个模拟,作为黑洞计划(BHI)的一部分,这是哈佛大学的一个跨学科的项目,主要人类促进对黑洞的理解。其中研究的关键问题是黑洞是如何生长的?是通过吸积还是合并?看来答案是“两者皆有”。一对科学家开发了一种新的理论模型来回答黑洞问题。他们是哈佛大学教授阿维·勒布博士和天体物理学家CfA法比奥·帕丘奇博士。他们的模型覆盖了红移10年前的局部宇宙,也就是大约从现在到130亿年前。根据他们的模拟,黑洞的成长有两个因素:质量和红移。新的模拟显示,在我们附近,小黑洞主要是通过吸积生长的,而大黑洞则是通过合并生长的。但在遥远的宇宙中,情况恰恰相反:小黑洞是通过合并而成长的,而大黑洞则是通过吸积而成长的。简单来讲,黑洞可以通过两种方式生长。它们可以从周围空间吸积质量,也可以相互融合,形成一个更大的黑洞。目前我们认为,第一个黑洞大约是在135亿年前,随着第一批恒星的出现而形成的。虽然了解黑洞是如何形成、成长并与星系共同进化是我们理解和认识宇宙的基础,但是通过这项研究,我们又有了一个谜团。那就是这个答案并不能够解释这些较小的“种子”黑洞成长到大多数或所有星系中心的巨大怪物:超大质量黑洞。我们必须另寻他法,那就是引力波。是的,我们不仅可以通过探测光,还可以通过引力波来限制他们的历史,引力波是他们合并产生的时空涟漪。当其中两个黑洞合并时,它们会发出引力波,这是四年前终于被发现的时空中的长期理论曲率。合并的黑洞和吸积的黑洞有存在一定的差别,研究表明通过吸积生长的黑洞比通过合并生长的黑洞更明亮。这是因为当它们吸积物质时,物质围绕吸积盘上的洞旋转。这会使物质升温,导致它发出辐射。由于自转或自转的速度从根本上影响着黑洞周围区域的发光方式,研究黑洞的主要生长形态有助于我们更清楚地了解这些光源的亮度。目前我们已经知道,物质会落向黑洞的视界,随着速度的加快,它也会升温,这种气体开始释放辐射。然而黑洞的物质积累越多,它就会越亮;这就是为什么我们能够观察到像超大质量黑洞这样的遥远物体的原因,它们的质量是太阳的10亿倍,它们能够释放出大量的辐射,因此我们甚至可以从数十亿光年的距离观察它们。但是,即使黑洞所在的区域缺乏可以供养其吸积盘的物质,它仍然可以通过星系合并来生长。因此黑洞合并不会增加亮度,而是引起引力波。2016年2月,LIGO首次探测到引力波。引力波是由合并的黑洞产生的。刚刚宣布的第三次探测也是在两个黑洞合并时产生的。黑洞领域的未来对我们来说仍然有许多未知,科学家们正在发现越来越多的黑洞合并。最终,我们将更好地理解SMBHs在星系恒星形成中的作用。我们也可以更好地理解它们是如何合并的,以及它们是如何变得如此庞大的更加深层次的原因。

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