宇宙原始黑洞僅有原子大小:半徑大約只有0.23納米

北京時間9月22日消息,據國外媒體報道,自古以來,人類就想解釋宇宙中最難以預測、最令人不安的現象,儘管人類歷史所有文明都持續不斷地進行天文學研究,但是一些“不可預測”的天文事件,例如:彗星或者日食,被認為是“不幸的預兆”或者“神靈的暗示行為”。

宇宙原始黑洞僅有原子大小:半徑大約只有0.23納米

1066年,諾曼公爵威廉推翻撒克遜國王哈羅德二世政權,當時這一重大歷史轉折點被歸因於一顆彗星(之後被命名為“哈雷彗星”)帶來的壞兆頭;公元939年,萊昂國王拉米羅二世率領軍隊與Caliph Ad al-Rahman在西曼卡斯(現今西班牙巴利亞多利德地區)作戰,突然出現的日全食引起了雙方軍隊的恐慌,使戰鬥推遲了數天。

那麼,人類祖先對宇宙中存在的天體會做出怎麼的反應呢?例如:黑洞會吞噬所有事物,包括光。雖然迄今科學家已經觀測到最大的黑洞,並拍攝到該黑洞的照片,同時,科學家在近期研究中還展示了微型黑洞——鉀原子大小的黑洞,半徑約0.23納米(相當於1米的2.3億分之一)。這些原子大小的黑洞形成於大爆炸初期,甚至可能構成宇宙中所有暗物質的總和。

拍攝黑洞

2019年,位於全球不同地區的8個射電望遠鏡拍攝到第一張巨大黑洞照片,該黑洞的質量相當於太陽的65億倍,位於梅西耶87星系中心,距離地球大約5500萬光年(相當於9.5萬億公里的距離)。

宇宙原始黑洞僅有原子大小:半徑大約只有0.23納米

如果所拍攝的天體能捕獲光線,它就無法被相機記錄下來,畢竟相機是基於光線變化成像的,但是研究人員可以有其他的選擇,我們可能不觀察物體自身,而是觀察黑洞吞噬的恆星殘骸,從而證實黑洞的存在。

這些恆星物質以超快速度環繞黑洞周圍,當它的溫度達到100萬攝氏度時,其亮度就可以被探測到,環繞黑洞的物質盤被稱為“吸積盤”,被認為是黑洞邊緣,一旦吸積盤通過,任何事物都無法逃脫,我們將它稱為“黑洞視界”。

原始黑洞

宇宙中黑洞的重要部分是由恆星在其最後生命階段消耗所有燃料的引力坍塌所導致的,它們被稱為“恆星黑洞”,事實上,並不是所有恆星在生命末期都會演變成為黑洞,當恆星核心質量低於2-3倍太陽質量時,恆星黑洞就無法形成。

也就是說,存在一個恆星質量最小閾值,低於該質量,恆星就不會坍縮形成黑洞,舉個例子,太陽在生命末期無法演變成一個黑洞,但是其他大質量恆星,像紅色超巨星參宿四,將不可避免地變成黑洞。

同時,還有其他一些黑洞被稱為“原始黑洞”,正如它們的名稱所示,這些黑洞是在大爆炸最初時刻形成的,也就是宇宙誕生之初的時期,理論上原始黑洞可以擁有任何等級的質量,它們的大小從亞原子粒子至半徑數百公里不等。

至於黑洞,超大質量黑洞幾乎不釋放輻射,而最小質量黑洞釋放的輻射最多,但是該現象是如何實現的呢?超大質量黑洞幾乎不釋放輻射,卻能捕獲一切事物,甚至包括光。

上世紀70年代中期,著名物理學家斯蒂芬·霍金給出了答案,他假設在黑洞視界附近的量子效應可能會產生從黑洞逃逸的粒子,也就是說,不通過任何其他方式增加質量的黑洞將逐漸失去質量,最終蒸發消失。同時,霍金於1974年提出了黑洞輻射的概念,該概念是指以量子效應理論推測出的一種由黑洞散發出來的熱輻射。該理論能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。

黑洞輻射理論對於低質量黑洞更為明顯:一個100萬倍太陽質量的超大質量黑洞的蒸發時間比宇宙當前的年齡更長,然而,質量僅1000噸重量的黑洞會在46秒內蒸發消失。在黑洞蒸發的最後階段,它們會爆炸併產生大量伽馬射線(一種比X射線更強的輻射)。

捕獲原子大小的原始黑洞

那麼,在原子大小的黑洞完全蒸發之前,如何證明它們的存在呢?在近期對原子大小黑洞的研究中,科學家提出一種天體物理學假設,即這些微型黑洞可能被某個超大質量黑洞捕獲,當原子大小的黑洞接近特大質量黑洞時,從地球角度可探測到的黑洞輻射比例逐漸減少,直到縮小至一束光大小。

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