黑洞是相對論最著名的預測之壹,它由愛因斯坦和史瓦西在理論上提出和證明,後又經霍金等人進壹步完善,2019年第壹張黑洞照片問世後, “黑洞在宇宙中普遍存在”,徹底成了科學界的***識。
和同樣遍布全宇宙但體積大小各異的恒星壹樣,黑洞的質量和大小也是有區別的,理論上最小的黑洞能達到量子級別, 但天文學家見的最多的還是由恒星坍塌而來的黑洞,也就是所謂的恒星級黑洞 ,雖然它們的質量只有的太陽的幾十倍,但如果恒星級黑洞周圍還存在其他大質量恒星的話,它就會越吃越胖,最後變成壹個 100到10萬倍太陽質量的中等質量黑洞 。
天文觀測結果顯示,除了恒星級黑洞外,在每個星系的中心區域還都存在壹個超大質量黑洞,比如銀河系的中心 430萬倍太陽質量的人馬座A* ,以及2019年拍攝的, 位於5500萬光年之外, 680萬倍太陽質量的M87星系中心黑洞 ,正是這些超大質量黑洞用自身的引力,維持著所在星系數千億顆恒星的穩定,才保證宇宙中的星系不會分崩離析。
然而目前人類發現的,宇宙中質量的最大的黑洞,卻並不位於星系中心,而是位於 類星體TON618的中心 ,和擁有數千億顆恒星的星系不同,通常位於數百億光年外的類星體們,壹般被認為是星系的“前身”,也是說 隨著核心附近“燃料”逐漸耗盡,類星體將會演化成普通的旋渦星系和橢圓星系。
具體到 TON618來看, 它距離地球104億光年,質量達到了太陽的660億倍 ,模仿以前“把某顆恒星與太陽調換,太陽系將會如何如何”的類比,視界半徑達到1920億千米,是太陽半徑2.76萬倍的TON 618如果和太陽互換位置,那麽整個太陽系所有天體都將位於黑洞內部,再到TON 618的吸積盤範圍的話,半徑壹光年的太陽系都有可能被這壹個黑洞“填滿“。
得益於第壹張黑洞照片的問世,現在很多人都知道了黑洞是壹個連光都無法逃逸的強引力場,不過這麽說其實並不太準確,因為真正完全不可見的黑洞,只是整個黑洞系統的壹部分, 剩下的吸積盤和黑洞噴流,則是宇宙中亮度最強的物體之壹 ,比如TON 618的吸積盤光度就是太陽的 140萬億倍 ,所以天文學家才能隔著104億光年,從地球上看到他,準確來說是看到104億年前的它。
在霍金提出他的”黑洞蒸發“理論之前,科學界認為黑洞是會永遠存在於宇宙中的天體,因為它的逃逸速度大於光速, 連光子都無法帶著能量逃出黑洞 ,所以黑洞是不可能發生能量虧損的,但量子力學認為在微觀層面,壹直存在著無休止的量子漲落,黑洞周圍也不例外。
所以霍金結合微觀量子力學和宏觀的廣義相對論後發現, 黑洞視界邊緣的量子漲落,會不斷帶走黑洞的質量也就是能量 ,如果某個黑洞沒有吸積盤或者已經沒有物質可供吞噬,從外界看來黑洞就會因為量子漲落而向外輻射能量,久而久之黑洞的質量和體積就會下降,並最終在宇宙中消失不見。
不過這種被稱為霍金輻射的能量釋放過程,還和黑洞的質量有很大關系, 質量越小的黑洞霍金輻射越強,壽命越短 ,這也是為什麽物理學家不怕對撞機生成黑洞的原因,而宇宙中的天然黑洞,尤其是超大質量黑洞,霍金輻射對它們來說是很弱的,在宇宙未來繼續存在的日子裏,它們都不會因為霍金輻射而消失。
其實從宇宙層面來看,太陽系和黑洞是不太可能發生故事的,因為距離最近的 HR 6819黑洞都在1000光年之外,雖然有天文學家認為,隨著太陽系未來繼續繞銀河系中心公轉,有可能碰到銀河系內的流浪黑洞,但宇宙天體之間的距離都很漫長,且黑洞只會威脅到視界之內的天體, 所以就算黑洞路過太陽系,只要它不從太陽身邊經過就沒事 。