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如果黑洞吞噬任何靠近的东西,就会不断变大,没有上限吗?

2024-01-31科学

位于地球 5000 万光年外的 M87 星系中心的巨型黑洞,质量是太阳的 60 亿倍。目前宇宙学理论还没有给出黑洞能够变多大的上限。理论上,只要质量或能量不断落入其中,它就可以一直增长。

然而,对于超大质量黑洞( SMBHs )来说,可能存在两个实际的尺寸限制。 SMBHs 存在于螺旋星系和椭圆星系的核心。最大的黑洞自从宇宙大爆炸后不久就开始增重,使其总质量达到约 100 亿太阳质量。

因此,实际上, 100亿太阳质量是一个黑洞在宇宙目前年龄下可能达到的最大尺寸。 最近的研究也表明,SMBHs未来不太可能变得更大。这是因为当黑洞从周围吸收物质时会释放辐射。当一个黑洞超过 埃丁顿极限 ,来自输入物质的辐射压力变得如此强烈,以至于它会再次将气体和尘埃吹走。这个过程使黑洞孤立,限制了它能够吸收的更多新物质的数量。

埃丁顿极限(Eddington limit)是吸积天体所能达到的最大光度。 天体在吸积周围介质的同时发出辐射,当吸积物质累积到一定程度,辐射压会阻止物质进一步下落。此时天体作用在一个粒子上向内的引力与其受到向外的辐射压力达到平衡。平衡的状态被称为流体静力平衡。

艾丁顿极限的计算公式如下:

根据这个公式,埃丁顿极限光度与天体的质量成正比。 对于质量为太阳的恒星,埃丁顿极限光度约为3.846×10^38瓦特。

当一个天体的光度达到埃丁顿极限时,它将从它的外层发起非常强烈的辐射驱动的星风。这会使天体失去大量的质量,并阻止它继续吸积物质。

对于黑洞来说,埃丁顿极限也存在。当一个黑洞的光度达到埃丁顿极限时,它将产生强大的辐射,将周围的气体和尘埃吹散,阻止它们落入黑洞。

因此,埃丁顿极限可以限制黑洞的增长。

我们自己银河系中最大的黑洞,距离太阳大约 26,000 光年,位于银河系中心的射手座 A* ,它的质量约为太阳的 400 万倍,半径约为太阳的 17 倍,比从太阳到水星轨道还要近。因此,我们银河系的黒洞比其他星系中心最大的超大质量黑洞小得多。

超大质量黑洞一开始就很大

普通黑洞是当一颗巨大恒星坍缩成超新星时产生的。 超大质量黑洞(SMBHs)需要更多的初始「资本」。

坍塌形成黑洞

最古老的超大质量黑洞是在大爆炸后不久物质坍塌时形成的。 今天,它们是在恒星碰撞或星系中心崩塌时形成的。

极端的坍塌会在极小的空间内积累 1000 100 万个太阳质量的物质。 因此,黑洞从一开始就变得超大,有效地吞噬周围的能量和物质。

超大质量黑洞可能不会比100亿太阳质量大得多。 在这个尺寸上,来自输入物质的辐射会将尘埃和气体推得如此之远,以至于黑洞的引力无法捕获它们。