03.05 像M87这样的大黑洞需要多大质量的恒星才能塌缩而成?

暗物质原理


我们都知道大质量恒星到了演变的末期会发生超新星爆发,之后形成一个黑洞,宇宙中大多数的黑洞都是这样形成的,在我们银河系中,这样的黑洞大约有1亿个。



前段时间,M87星系中心黑洞的照片被公示于众,成为人类历史上首个被拍到照片的黑洞,那么像m87这样的黑洞是怎样形成的呢?也是由大质量恒星发生超新星爆发形成的吗?


m87星系中心黑洞的质量大约是太阳的64亿倍,这个质量远超最大恒星(已知质量最大恒星R136a1的质量在太阳的265到315倍之间)的质量,所以它不可能由大质量恒星发生超新星爆发形成。

那么它会不会是由多颗大质量恒星形成的黑洞合并之后产生的呢?这也是不可能的,因为大质量恒星形成的黑洞其质量在太阳的3~300倍之间,这样的黑洞合并的话会非常耗时,通常只有在多星系统中黑洞才比较容易合并,而且黑洞的合并或者吞噬其他恒星,也只有在多星系统中才容易实现,即便这样的黑洞吞噬了多星系统中所有的星体,其质量顶多也只是太阳的数千倍,所以恒星级的黑洞即便是有合并现象的话,也不会超过太阳质量的1万倍。然而m87星系中心黑洞的质量却是太阳的64亿倍,这个差别实在太大了,所以m87星系中心黑洞不可能由大质量恒星形成,也不会由其合并形成。





那么M87星系中心黑洞到底是怎么形成的呢?一般认为像它这样的大质量黑洞都形成于宇宙之初,在宇宙大爆炸的一瞬间就形成了。这是由于宇宙大爆炸发生的时候,空间中的物质分布并不均匀,当时的宇宙尺度还很小,在其中一些密度比较大的区域中,物质的富集程度造就的高温高压的条件足以使得黑洞直接诞生,大部分的星系中心黑洞都是这样产生的。

不过m87星系中心黑洞刚诞生的时候,质量并没有如今这么大,因为它诞生之后也一直处于吸收物质的过程中,137亿年来也吸收了大量的物质增加了自己的质量,同时它也以它的引力效应而塑造了m87星系,如今,m87星系是我们银河系所在的室女座超星系团中质量和体积最大的星系,比银河系大了100倍以上。



科普大世界


像M87这样的大黑洞需要多大质量的恒星才能塌缩而成?

M87星系中央的黑洞在宇宙中也算是超大型黑洞了,质量达到了太阳的65亿倍,每天吞噬的物质质量相当于90个地球,10年即可吞噬掉一个太阳!按此计算65亿倍的太阳质量需要650亿年才能长成?而且生成初期成长时还没那么大质量可以吞噬!那么需要更久的时间,但问题是宇宙诞生才138.2亿年,很明显这个时间是不够M87*黑洞成长的!那么M87*黑洞来自哪里?

一、黑洞是怎么来的?

现代天文理论认为有两种黑洞,一种是原初黑洞,一种是恒星型黑洞;只有这两个途径,没有其它来源了!一一来简单了解下:

1.原初黑洞;

来自于宇宙诞生初期,此时物质密度是比较高的,并且分布可能并不均匀,因此物质密度比较高的区域将直接坍缩成黑洞!原初黑洞没有质量限制!更没有初始质量大小的上限!

2.恒星型黑洞;

顾名思义是从恒星的内核诞生的,在剧烈的超新星爆发中,外壳被抛洒到了宇宙空间中,而内核在没有辐射压的支撑下直接坍缩成了黑洞,当然此时内核质量必须超过奥本海默极限(3.2倍太阳质量)

但宇宙中超大质量的恒星并不多 比如银河系中太阳的大小已经超过90%的恒星了,我们观测到的最大的恒星是大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R136A1,大约是太阳的265-315倍!未来几十彻底坍缩成黑洞也只有太阳的300倍左右,但超新星爆发会将大部分质量回归宇宙,留给黑洞的质量是比较有限的!

黑洞合并是一个途径 但黑洞合并并不像撞击-合并那么迅速,而是会经过漫长的互相公转中逐渐合并,据天文学家估计,一般恒星型黑洞的成长以及合并都难以超过太阳质量的1M万倍!

二、M87*黑洞来自于哪里?

看起来M87*黑洞有极大的可能来自宇宙诞生时的原初黑洞,因为只有这样的黑洞才可能在上百亿年的过程中长成如此巨无霸!当然不要认为黑洞只有索取而没有建树!因为黑洞同样给予了星系质量中心的支撑,没有如此庞大质量的质心,星系不可能快速成长起来,而且在给予二代恒星以及三代恒星等涅磐重生的环境!

银河系中心的黑洞质量约为太阳的400万倍,同样如此质量的恒星一样来自于原初黑洞!


星辰大海路上的种花家


宇宙中存在恒星型黑洞以及超大质量黑洞。质量大的恒星晚年经过超新星爆发后可以形成恒星型黑洞,这种黑洞有其质量下限,因为质量小的恒星无法形成黑洞。这种黑洞也有其质量上限,因为恒星本身就有一个大约300倍太阳质量的质量上限。虽然黑洞可以通过合并或者吞噬周围的物质使质量变得更大一些,不过介于几百个太阳质量至100万个太阳质量的黑洞并未有发现,使得科学家们认识到超大质量黑洞的形成另有原因。

人类首次得到的黑洞照片是M87的照片,M87星系黑洞的质量高达太阳质量的65亿倍,银河系中心有一个质量大约是太阳质量430万倍的超大质量黑洞,其他星系的中心大多也存在着一个超大质量黑洞。这种黑洞对宇宙及星系的形成和演化发挥过重要作用,它们绝对不会是由恒星坍缩后形成的,最新的天文观测也表明在宇宙诞生后的8亿年就已经出现了很多质量是太阳质量几十亿倍的超大质量黑洞。超大质量黑洞的形成至今没有令人满意的回答。

大多数天文学家认为,超大质量黑洞并非都是一口吃成的胖子,它们最初都是起源于一个质量小一些的黑洞。那些质量小一些的“种子黑洞”可能是以为宇宙刚诞生时物质密度相对比较大,物质直接聚集在一起形成了黑洞,然后再通过或吞噬增加了自己的质量。

不论怎么解释,超大质量黑洞的形成一直困扰着理论物理学家。


刁博


需要六百个最大质量的恒星。


平常人246089341


超大质量黑洞是不能通过恒星爆发形成的,它们更可能是太古黑洞通过相互合并和吞噬产生


莱夫


严格来说这个问题的答案应该是没有,这个黑洞按现在的理论是大恒星塌缩而成的,但就我们看到的体积不是直接塌缩成这么大而是经过不知道多漫长的时间吸收了大量物质才长成这么大的。


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