在浩瀚的宇宙中,黑洞作为最为神秘的天体之一,一直以来都吸引着科学家们的广泛关注。近日,耶鲁大学天文学系的一支研究团队在探索黑洞质量极限方面取得了新的突破,他们提出了关于超大质量黑洞质量上限的新见解。
黑洞,这一宇宙中的“巨兽”,以其强大的引力吞噬着周围的一切物质,包括气体、尘埃,甚至是恒星。科学家们早已发现,几乎所有的大质量星系中心都潜藏着特大质量黑洞,其质量可达数百万甚至数十亿倍太阳质量。然而,在这之上,还存在着更为惊人的超大质量黑洞。
目前已知质量最大的黑洞之一是位于凤凰星团中心的凤凰A,其距离我们约58亿光年,质量估计达到了惊人的1000亿倍太阳质量。另一个引人注目的超大质量黑洞则是托南钦特拉618,它距离地球约10亿光年,质量约为660亿倍太阳质量。这些黑洞的存在引发了科学家们的深思:黑洞的质量是否存在一个极限?这个极限究竟有多大?
耶鲁大学天文学系的Priyamvada Natarajan教授领导的研究团队对此进行了深入研究。他们提出了一个全新的观点:超大质量黑洞的质量上限约为1000亿倍太阳质量。Natarajan教授在接受采访时解释道,他们将超大质量黑洞定义为质量超过100亿倍太阳质量的黑洞,而特大质量黑洞的定义则是质量超过1000万倍太阳质量。因此,超大质量黑洞的质量平均而言是特大质量黑洞的10000倍。
在探索超大质量黑洞的过程中,科学家们首先需要确定这些宇宙巨兽的栖息地。Natarajan教授指出,中央特大质量黑洞的质量似乎与宿主星系中恒星的质量密切相关。拥有更多恒星的星系,往往也拥有更为巨大的特大质量黑洞。这一比例关系揭示了黑洞成长与其宿主星系中恒星形成之间的深刻联系。
因此,科学家们推测,质量最为庞大的超大质量黑洞应该位于最明亮、恒星最多的星系中。在星系团中心的最亮星系,即“最亮中心星系(BCGs)”中,就隐藏着众多超大质量黑洞的身影。Natarajan教授表示,他们发现超大质量黑洞的位置正是他们研究结果预测的位置——即附近BCGs的中心。这一发现让科学家们对黑洞的分布有了更为清晰的认识。
然而,黑洞的成长并非无限制。事实上,黑洞自身就对其增长设定了上限。Natarajan教授解释道,当气体流入星系中心供给特大质量黑洞时,并不是所有的气体都会被完全吞噬。实际上,只有一小部分气体能够进入黑洞的事件视界并被吸积进去,而剩下的气体则会被黑洞“吐”出来。这些被喷射出去的气体会形成强大且迅速移动的外流或“天体物理喷流”,这些喷流能够延伸到宿主星系外数十光年之远。
考虑到黑洞的成长方式以及似乎能切断其食物供应并抑制其增长的自然反馈机制,Natarajan教授认为,超大质量黑洞的质量上限约为1000亿倍太阳质量。如果这一观点成立,那么凤凰A不仅是我们迄今为止探测到的最为庞大的黑洞,也可能是我们将来能够探测到的最大黑洞,因为它正好位于这一质量上限。
尽管在超大质量黑洞的研究方面取得了重要进展,但科学家们并未停止探索的脚步。Natarajan教授和她的团队正将研究焦点转向那些质量较小但同样引人入胜的宇宙巨物——中等质量黑洞。这类黑洞的质量介于特大质量黑洞和恒星质量黑洞之间,一直是天文学家追寻的难题。Natarajan教授表示,接下来的目标是填补特大质量黑洞和恒星质量黑洞之间的空白,寻找那些质量在太阳的1000到10000倍之间的中等质量黑洞。