黑洞会死亡吗？最早形成的黑洞千年之后或开始消亡

一颗恒星被黑洞撕裂，一颗恒星被黑洞撕裂

据外国媒体报道，天文学家米斯蒂·本特兹·西指出，黑洞“不是真空吸尘器，它在宇宙中游荡，把一切都吸进自己的胃里”。他们使用重力的方式和其他天体一样。”

与许多人认为的“稻草”不同，黑洞有着极强的引力，因为它们的体积和密度都非常大，任何物质都无法逃脱。

近年来，新闻上一再出现黑洞。例如，在银河系中心的超大质量黑洞周围发现的恒星群，或者以非常快的速度增长的黑洞，每两天多一个太阳质量，或者最古老的黑洞形成于宇宙的黎明。从出生到死亡，黑洞一直是宇宙中不可思议的存在。这篇文章将向你详细介绍黑洞的生活故事。

出生的

黑洞的诞生源于恒星的死亡。当一颗质量至少是太阳10倍的恒星耗尽燃料时，即所有的氢都融合成氦，所有的氦都融合成其他元素，如碳、氧等，黑洞就会形成。当恒星只有一个金属核时，它就不能继续核聚变，恒星的生命将会结束，并在剧烈的爆炸中结束。当爆炸发生时，外层材料被抛出，内核向内坍塌。

“举例来说，如果一颗恒星的质量足够大，如果核心的质量超过太阳的三倍，它会在死后坍缩成一个黑洞。由于这些黑洞的质量接近恒星，我们称之为恒星质量黑洞。”佐治亚州立大学的天文学家米斯蒂·本茨指出。

恒星死亡，黑洞诞生。这种联系在宇宙中非常普遍。恒星与黑洞密切相关，尤其是在宇宙中恒星经常被替换的区域。

“很容易找到在死星附近形成的新恒星，因为质量最高的恒星通常寿命不长，”本茨解释道。“恒星生命与质量有关。质量最大的恒星的寿命比其他恒星短得多，因为燃料消耗得太快。”

黑洞的诞生也能促进新恒星的形成。本茨称之为“大规模回收项目”。当一群新的恒星形成时，质量最高的恒星会迅速死亡，并以爆炸的形式告别短暂的生命。“爆炸产生的冲击波会压缩更多的气体和尘埃，从而促进更多恒星的形成。然后，这些恒星中质量最大的那颗会迅速爆炸，产生新的冲击波，形成新的恒星。新恒星的诞生与旧恒星死亡的连锁反应密切相关。”

但是恒星质量的黑洞算不了什么，超大质量黑洞的起源远比这更奇怪。这样的黑洞在星系中心很常见，银河系也不例外，其形成过程与其他较小的黑洞略有不同。

“超大质量黑洞的质量可能是太阳的几百万倍，甚至十亿倍。但是它们并不是生来就有如此惊人的大小。问题是，它们是如何形成的？它是怎么长到这么大的？”纽约皇后社区学院的理论天体物理学家吉利安·贝尔沃指出。

据天文学家所知，超大质量黑洞形成于大约130亿年前，可以迅速成长为超大质量黑洞。贝里瓦里说:“我们发现了质量是太阳几十亿倍的黑洞。奇怪的是，它们出生得很早，因为我们不知道在这么小的空间里怎么会有这么多质量。”

“这有点像‘先有鸡还是先有蛋’的问题，”本茨指出。“在宇宙形成之初，一些密度过高的区域可能通过直接坍缩形成黑洞。也许这些物质最初是在重力作用下坍塌的，然后继续坍塌，直到形成一个黑洞，在这个过程中不会形成恒星或其他天体。”

另一种解释是超大质量黑洞起源于早期星系。起初形成的黑洞较小，然后在星系中心合并成一个较大的黑洞。

贝里瓦里指出，这些早期超大质量黑洞的前身起初可能规模不大，但它们必须大于恒星质量黑洞，否则它们将无法在短时间内成长为早期宇宙中的“庞然大物”。

“这些超大质量黑洞正在赢得起跑线。它们最初形成时并不小，否则它们不会有时间长得这么大。所以当它们第一次形成时，已经是中等大小的黑洞了。”贝里瓦里解释道。

科学家仍在努力研究这些黑洞是如何由早期宇宙中的热气和尘埃形成的。恒星通常是在这些物质同时坍缩时形成的，所以早期宇宙的化学成分可能有一些独特的特征，这促进了早期黑洞的形成。

“早期宇宙中的气体可能只由氢和氦组成，因为这是大爆炸产生的仅有的两种元素，而其他元素是在恒星内部形成的。如果那时没有恒星形成，就不会有其他元素。早期宇宙的这种化学成分，加上气体的运动(或缺乏运动)，可能刺激了早期宇宙中黑洞的诞生。”

中等质量的黑洞藏在哪里？中等质量的黑洞藏在哪里？

成长

黑洞的大小不会保持不变。所有落入黑洞的物质都无法从黑洞中逃脱，而是作为黑洞质量的一部分被吸收，使得黑洞不断成长。

“无论是气体、恒星还是行星落入黑洞，都会增加黑洞的质量。这种一点一点吞噬物质的过程是黑洞成长的方式之一。”本茨说。

"我们相信吞咽气体是黑洞成长的最有效方式."贝里瓦里指出，“当气体落入黑洞时，它就像水从水槽中向下旋转。气体被黑洞的引力吸引，但气体本身也会移动，所以它会在黑洞周围形成一个薄圆盘，最终被黑洞吞噬。

吞咽气体的效率确实很高，但是合并也是黑洞快速成长的方式之一。黑洞碰撞后，两个看不见的巨大天体将合并成一个。科学家可以使用LIGO望远镜观察黑洞合并。2015年，LIGO首次探测到两个黑洞合并时产生的引力波(尽管这一消息直到2016年才发布)。

“这是我们知道的第一个不涉及光的宇宙事件。在此之前，我们总是依靠光和眼睛来观察。没有光，我们对宇宙一无所知。光对我们来说很重要，但现在我们也能观察到光无法观察到的宇宙事件，比如黑洞合并。”“如果没有引力波，我们就不会知道发生了什么，”贝里瓦里说。

超大质量黑洞的体积与恒星质量黑洞的体积有很大不同，应该有质量和体积介于两者之间的黑洞。唯一的问题是，研究人员还没有观察到这样的“中等黑洞”。

然而，这并不意味着中等质量的黑洞不存在。许多研究人员仍在积极寻找这样的黑洞。但是它们很难用可见光探测到，不像恒星质量的黑洞，它可以在撕裂的恒星的帮助下观察到。也不像超大质量黑洞，它们吸收大量气体、尘埃和物质，当碰撞时，落入其中的粒子发出极其明亮的光，比我们在宇宙中见过的任何天体都要亮。

"中等质量黑洞的引力和亮度不够强."本茨指出。研究人员认为，它们发出的光主要是在X射线波段，而宇宙中的其他天体主要是在这个波段，所以它不够特殊。

"很难将它们与其他天体区分开来。"本茨说，“他们可能在那里，但很难说‘这一定是一个中等质量的黑洞’。”

死亡

不管黑洞有多大，它都会经历一个特定的生命阶段，即诞生和成长。但是黑洞会死亡吗？霍金认为有可能声称黑洞可以通过一种叫做霍金辐射的物理机制逐渐消失。

该理论认为，如果黑洞不再吸收其他物质，它们最终可能会被亚原子粒子侵蚀。本茨解释说，亚原子粒子刚出生时，在宇宙的所有部分都以粒子和反粒子的形式成对存在。然而，一旦它们形成，它们将立即碰撞、湮灭并返回能量的形式。

“简单地说，能量转化为质量，质量又转化为能量。这一过程不断重复。”本茨解释道，“如果这个过程发生在黑洞附近，粒子-反粒子对中的一个被吸进黑洞，而另一个被留在时间边界之外，这相当于从黑洞中窃取了一些能量。当这些半粒子远离黑洞时，它们相当于吸收了黑洞的部分能量。”

如果这个过程继续下去，黑洞不会吸收更多的质量，最终整个黑洞将被辐射出去。然而，无论是恒星质量的黑洞、超大质量的黑洞还是中等质量的黑洞，都需要很长时间才能使黑洞失去一点点。

“即使黑洞是在宇宙开始时形成的，宇宙经历的时间也不足以让它死亡。最早的黑洞可能要到1054年才开始消失。本茨指出。

黑洞和亚原子粒子之间漫长的过程和巨大的体积差异意味着黑洞发出的霍金辐射不能被直接观察到。科学家在实验室用黑洞模拟器进行的实验表明，霍金的理论可能是正确的，但是我们仍然不清楚黑洞的终结。

有待解开的谜

事实上，我们对黑洞的理解已经很有限了。幸运的是，像本茨和贝里瓦里这样的研究人员正试图填补我们对黑洞理解的空白。

本茨正在研究遥远星系中心超大质量黑洞能够达到的体积上限。她还在研究黑洞的体积和它们所在星系的性质之间的相关性。她希望她的观察结果可以用来建立相关的计算机模型，帮助人们分析黑洞的演化，并解决与宇宙形成有关的问题。

贝里瓦里参与了激光干涉空间天线的设计。该项目计划在2030年后启动，届时将发射三个探测器，分布在距离地球250万公里的地方，形成一个类似LIGO的天基引力波探测装置。焦点只在超大质量黑洞的合并上，而不是恒星黑洞。

“我对这个项目非常兴奋，因为它将帮助我们理解光无法观察到的事物。它还将帮助我们了解增长过程、合并频率、质量来源(合并或吸收黑洞中的气体)、形成模式、数量分布，以及黑洞是否存在于我们看不见的区域。如果只用光来观察，这些问题将永远得不到回答。”贝里瓦里说。

黑洞惊人的巨大和神秘。但是研究人员可以证实一件事:“它们并不危险。黑洞离我们很远，所以没必要担心。”贝里瓦里指出，“还有许多其他事情值得我们关注。”

本茨也同意她的观点:“黑洞是一个极端的天体，但并不可怕。”有些人担心黑洞会在星系中横冲直撞，吞噬附近所有的行星。对此，本茨表示，如果太阳被同等质量的黑洞取代，地球的轨道将不会受到任何影响。“地球仍将保持其原始轨道旋转，只不过来自太阳的光和热较少。如果你想被黑洞吞噬，你必须非常接近。但如果我们靠近太阳，命运将是一样的。”

“黑洞离我们很远，对地球没有威胁。除非你离黑洞太近，否则它会变得危险，但现在害怕为时已晚。”贝里瓦里说。