第一。认识黑洞。
黑洞的存在首次得到了直接成像的确认,2019年4月10日,事件视界望远镜项目发布了人类历史上的首张黑洞照片。这张照片揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。这一发现不仅提供了对爱因斯坦广义相对论的直接验证,而且开启了对黑洞性质认识的新阶段。
黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。按照质量,天文学家将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(3倍-100倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)。黑洞是一种宇宙中的物理现象,只要是靠近黑洞的物质,包括光以及任何形式的能量波,都会因为黑洞巨大的引力而无所遁形,就算是光,也无法逃掉黑洞的引力。
第二、黑洞具有“蒸发”现象。
黑洞蒸发是指黑洞因为霍金辐射而逐渐减小并最终消失的过程。这个过程可能会对宇宙的演化产生一定的影响。
首先,黑洞蒸发会导致质量较小的黑洞更快地消失,这意味着在宇宙演化的早期阶段,大量的小黑洞会被形成,但随着时间的推移,它们会逐渐消失,这可能会影响到宇宙的结构形成和演化。
其次,黑洞蒸发释放出的辐射会对周围的物质产生影响,可能导致一些星系中心区域的气体被加热并被排出,从而影响星系的演化。
再次,黑洞蒸发也可能会对宇宙的暗物质分布产生影响,一些理论认为,黑洞蒸发会导致暗物质微粒和黑洞之间的相互作用增强,从而影响暗物质的分布和密度。
最后,黑洞对时间和空间的弯曲有显著影响。由于其巨大的质量,黑洞产生的引力非常强大,能够弯曲周围的时空到极致。在黑洞附近,时空弯曲使时间和空间的性质发生了显著变化。在黑洞的边缘,有一个被称为“事件视界”的区域,在这个边界内,引力如此之强,以至于任何物体,包括光都无法逃脱。在事件视界附近,时间的流逝会变得非常缓慢,这种现象被称为“引力时间膨胀”。黑洞对空间的弯曲同样显著,导致物体的运动轨迹受到强烈的扭曲。
第三、黑洞与宇宙射线和高能物理过程的关系。
黑洞也与宇宙射线和高能物理过程密切相关。当物质被吸入黑洞时,会产生巨大的能量释放,形成高能射线和喷流。这些高能物理过程可以帮助我们研究宇宙中的粒子加速机制、宇宙射线的来源以及宇宙的高能现象。
第四、黑洞与星系演化的关系。
超大质量黑洞被认为存在于大部分星系的中心,它们的质量与星系的性质和演化有关。黑洞通过吸积周围物质和释放能量,对星系内的恒星形成和演化过程产生影响。研究表明,黑洞在星系的早期形成和演化过程中扮演着至关重要的角色。
根据最新的研究成果,黑洞不仅存在于宇宙之初,而且还是新恒星诞生和星系形成的“助推器”。这些黑洞在宇宙最初的1亿年里与星系共存并影响了彼此的命运。黑洞可能在宇宙诞生后的头5000万年里戏剧性地加速了新恒星的诞生,而这在宇宙138亿年的历史中只是一个短暂的时期。人们预测,年轻的宇宙有两个阶段。在第一阶段,来自黑洞的高速外流加速了恒星的形成;在第二阶段,外流速度减慢。
第五、星系中心黑洞对宿主星系的影响。
来自科技日报的消息,南京大学的天文学家们发现,星系中心黑洞的质量是调制星系中原子氢气体含量的最关键的物理量:中心黑洞质量越高的星系其原子氢气体含量越低。这一发现对星系中心黑洞是否影响和如何影响星系中的冷气体含量及恒星形成提供了重要的观测证据。它显示很大程度上中心黑洞影响宿主星系的恒星形成是通过从源头上限制恒星形成的原料—冷气体的含量来实现的。该结果对中心黑洞对宿主星系具体的反馈机制也作出了重要限制。
中心黑洞是星系形成演化重要“推手”。中心黑洞对宿主星系具有重要的反馈作用,已成为当前主流星系形成演化理论模型的共同结论。他们分析了近二三十年国际上多个望远镜观测到的黑洞和星系气体数据。在国际上首次发现,星系中心黑洞质量越高,其原子氢气体含量越低。中心黑洞通过在其成长过程中释放的能量来调节星系周气体的冷却效率,很可能是中心黑洞影响宿主星系形成演化的主要方式。
早在1960年代,科学家们就开始探索中心黑洞与星系形成的关系。当时,科学家们首次使用质量是太阳106~109.5倍的黑洞来解释活动星系核产生的巨大能量。这类特大质量黑洞与普通的黑洞有很大的不同,普通的黑洞只有少数几个太阳质量,其形成过程也很清楚。但是,对于超大质量黑洞(中心黑洞)的起源,了解并不多,科学家们一直停留在假想阶段有很长一段时间了。
这项研究解开了困扰天文学界半个世纪的谜题,即星系中心黑洞是否影响及如何影响星系的形成演化。在此之前,虽然理论学家提出星系中心的超大质量黑洞在吸积物质过程中释放的巨大能量对星系的形成演化有重要作用,但缺乏明确的观测证据。