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如果黑洞吞噬任何靠近的東西,就會不斷變大,沒有上限嗎?

2024-01-31科學

位於地球 5000 萬光年外的 M87 星系中心的巨型黑洞,質素是太陽的 60 億倍。目前宇宙學理論還沒有給出黑洞能夠變多大的上限。理論上,只要質素或能量不斷落入其中,它就可以一直增長。

然而,對於超大質素黑洞( SMBHs )來說,可能存在兩個實際的尺寸限制。 SMBHs 存在於螺旋星系和橢圓星系的核心。最大的黑洞自從宇宙大爆炸後不久就開始增重,使其總質素達到約 100 億太陽質素。

因此,實際上, 100億太陽質素是一個黑洞在宇宙目前年齡下可能達到的最大尺寸。 最近的研究也表明,SMBHs未來不太可能變得更大。這是因為當黑洞從周圍吸收物質時會釋放輻射。當一個黑洞超過 埃丁頓極限 ,來自輸入物質的輻射壓力變得如此強烈,以至於它會再次將氣體和塵埃吹走。這個過程使黑洞孤立,限制了它能夠吸收的更多新物質的數量。

埃丁頓極限(Eddington limit)是吸積天體所能達到的最大光度。 天體在吸積周圍介質的同時發出輻射,當吸積物質累積到一定程度,輻射壓會阻止物質進一步下落。此時天體作用在一個粒子上向內的重力與其受到向外的輻射壓力達到平衡。平衡的狀態被稱為流體靜力平衡。

艾丁頓極限的計算公式如下:

根據這個公式,埃丁頓極限光度與天體的質素成正比。 對於質素為太陽的恒星,埃丁頓極限光度約為3.846×10^38瓦特。

當一個天體的光度達到埃丁頓極限時,它將從它的外層發起非常強烈的輻射驅動的星風。這會使天體失去大量的質素,並阻止它繼續吸積物質。

對於黑洞來說,埃丁頓極限也存在。當一個黑洞的光度達到埃丁頓極限時,它將產生強大的輻射,將周圍的氣體和塵埃吹散,阻止它們落入黑洞。

因此,埃丁頓極限可以限制黑洞的增長。

我們自己銀河系中最大的黑洞,距離太陽大約 26,000 光年,位於銀河系中心的射手座 A* ,它的質素約為太陽的 400 萬倍,半徑約為太陽的 17 倍,比從太陽到水星軌域還要近。因此,我們銀河系的黒洞比其他星系中心最大的超大質素黑洞小得多。

超大質素黑洞一開始就很大

普通黑洞是當一顆巨大恒星塌縮成超新星時產生的。 超大質素黑洞(SMBHs)需要更多的初始「資本」。

坍塌形成黑洞

最古老的超大質素黑洞是在大爆炸後不久物質坍塌時形成的。 今天,它們是在恒星碰撞或星系中心崩塌時形成的。

極端的坍塌會在極小的空間內積累 1000 100 萬個太陽質素的物質。 因此,黑洞從一開始就變得超大,有效地吞噬周圍的能量和物質。

超大質素黑洞可能不會比100億太陽質素大得多。 在這個尺寸上,來自輸入物質的輻射會將塵埃和氣體推得如此之遠,以至於黑洞的重力無法捕獲它們。