科学家发现黑洞质量上限：不超过太阳500亿倍

黑洞有质量的上限，它不像一个无限量吞食财物的“超级貔貅”，英国莱切斯特大学的研究人员推算，黑洞最多增大到相当于500亿倍太阳的质量。质量的上限表明了黑洞体积不可能无限膨胀。在抵达质量的上限之前，理论预测的黑洞不会停止吞噬周围吸积盘的气体物质，周围的气体物质为黑洞的生长提供了“食材”。英国皇家天文学会的《每月通讯》杂志发表了题为“黑洞如何增大？”的文章，莱切斯特大学物理学和天文学系的安德鲁·金教授对星系中心超大质量的黑洞进行了探讨，在黑洞周围的气体物质形成了圆形的吸积盘，“黑洞环”中的气体物质失去了能量，跌落到黑洞的“超级陷阱”，为“食不可挡”的黑洞提供了“营养物质”，但圆盘内的气体物质不稳定，它们在发生“碎片化”的积聚之后诞生出成群结队的恒星。

为了保持吸积盘外层边缘的气体物质，这需要多大质量的黑洞？研究人员的计算结果表明，为了保持吸积盘的完整，黑洞质量最多需要太阳质量的500亿倍。没有吸积盘的伴随，由于失去了周围的气体物质，黑洞将会停止生长，这意味着黑洞质量存在一个上限值，失去了气体物质组成的吸积盘，黑洞增大的唯一方式是等待“冒失”的恒星闯进了它的视界范围，好像“守株待兔”的成语故事。黑洞或者享用周围气体物质的“美味大餐”，或者和另一个黑洞发生合并，产生一个质量和体积更大的黑洞。

确定黑洞的质量上限有天文学的意义，圆盘内的气体物质在跌进黑洞时产生了大量辐射，通过对黑洞辐射的观测，天文学家发现了一个目前质量最大的黑洞，质量上限意味着黑洞增大的过程不可能无限地持续，不至于比人们已知黑洞的质量大得太多。吸积盘失去了大量物质，不是发生在一个特别明亮的圆盘。黑洞的更大质量有理论上的可能性，比如：当一个接近质量极限的黑洞和另一个黑洞发生合并时，单一黑洞的整体质量变得更大，但黑洞的合并过程不会向外释放光线。

合并的大质量黑洞也许不会在周围形成气体圆盘或“黑洞环”，不会发出气体辐射的光线，对黑洞合并的观测可以采用其它的方法，比如：黑洞的引力效应引起了光线弯曲，黑洞“引力透镜”作用使得在附近经过的光线发生了偏折，通过爱因斯坦预言的引力波，天文学家可以发现黑洞的合并现象。黑洞之间的碰撞与合并也许产生了科学家期待的引力波，引力波探测器用于对黑洞合并事件的发现和证实。

超大质量黑洞通常隐居在星系的中心，它们“吃掉”了属于恒星的气体物质，以阻止大量恒星的“野蛮生长”；黑洞也是星系诞生和演变的“超级发动机”。黑洞尺寸不能无限膨胀，否则，黑洞将会吞噬星系内的所有物体，不留下任何物质的踪迹，没有发生黑洞吞噬一切的“惊世骇俗”事件。一些宇宙物理学家认为，人类生活在宇宙级的黑洞，只是不能感受其中的奥妙，宇宙不会是一个我们无法感知的黑洞，宇宙质量远远高出太阳质量的500亿倍。研究人员计算了星系级别的黑洞质量。从天文观测上讲，似乎存在星系级别黑洞质量的界限，每一个星系都存在尺度的限定。

星际级黑洞存在质量或尺度的上限，天文学家没有确定或发现最大质量和最大尺寸的星系，也许在星系质量和黑洞质量、星系尺寸和黑洞尺寸之间存在某种定量的关系，显然存在正比例的关系，星系质量和尺寸大，星系中心的黑洞质量和尺寸也大，反之，星系质量和星系尺寸小，星系中心的黑洞质量和尺寸也小。一个星系的所有质量在黑洞和其它天体的分配可能遵循某种比例，好像市场“无形的手”调节了资源在不同经济主体的分配比例一样，也许自然力量“无形的手”调节了星系不同天体质量的分配比例。无形的自然力量不是神明的驱动，而是自然规律的作用，在自然规律“无形之手”的作用下，一切自然奇迹由此产生，其中包括星系质量和尺寸的上限、黑洞质量和尺寸的上限、星系中心超大质量黑洞和整个星系质量的比例关系。

据国外媒体报道，在许多星系的中央都有一个超大质量黑洞，那么这个黑洞可以有多大，目前科学家发现的超大质量黑洞可达到数亿倍太阳质量，银河系中央黑洞算是小的，也有400万倍太阳系质量。星系中央的超大质量黑洞也有质量上限，科学家发现如果黑洞的质量超过500亿倍，那么黑洞周围的吸积盘可能会不复存在。这个结构的散失使得黑洞失去了物质来源，黑洞也会停止成长。

从理论上看，黑洞可以长这么庞大，但它会彻底摧毁吸积盘

英国莱切斯特大学科学家认为黑洞的成长主要来自吸积盘物质，但并不意味着黑洞的质量可以无限大。在2008年，美国耶鲁大学和智利大学的科学家对早期宇宙中的黑洞进行了统计研究，发现这些贪婪的黑洞可成长到500亿倍太阳质量。从理论上看，黑洞可以长这么庞大，但它会彻底摧毁吸积盘。大多数人认为黑洞也不可能长得如此庞大，并没有出现我们所担心的情景，因为要形成500亿倍太阳质量的黑洞需要的质量无法估量。

大型黑洞最近几年被陆续发现，科学家发现最大规模的黑洞达到400亿倍太阳质量，如果这个黑洞继续成长，那么总有一天会停止演化。黑洞也有质量上限。

## 存在哪些类型的黑洞——它们之间有何不同？

科学家们已经确定了四种类型的黑洞，主要根据它们的质量进行分类：恒星级黑洞、超大质量黑洞、中等质量黑洞和原初黑洞。

黑洞是时空曲率大到光都无法逃脱的天体，源于大质量恒星耗尽核燃料后发生引力坍缩。它无法直接观测，却可通过周围物质形成的吸积盘辐射、引力透镜效应等间接探测。其存在验证了广义相对论，是宇宙中最神秘的天体之一，吸引着科学家持续探索。

事件视界是黑洞的关键特征之一，它是一个虚拟的边界线。一旦任何物体（包括光）越过这个边界，就再也无法回到外部宇宙。事件视界的大小由黑洞的质量决定，质量越大，这个边界的半径（史瓦西半径）就越大。

根据质量的不同，黑洞主要分为三类：恒星级黑洞（质量约为太阳的几倍到几十倍）、中等质量黑洞（质量介于恒星级与超大质量之间）以及超大质量黑洞（质量可达太阳的数百万甚至数十亿倍）。其中，超大质量黑洞常位于星系的中心，比如银河系中心的人马座A。

由于黑洞本身不发光，科学家无法直接观测到它，只能通过间接方式探测。例如，观察黑洞周围的吸积盘——当物质被黑洞吸引时，会在其周围形成高温旋转的气体盘，发出强烈的X射线等辐射；或者通过引力波探测黑洞合并时产生的时空涟漪。

黑洞具有极端的物理特性：它的核心被认为是一个奇点，即体积无限小、密度无限大的点（这是广义相对论的预测）。此外，英国物理学家霍金提出，黑洞会通过霍金辐射缓慢损失质量，不过这个过程极其缓慢，对于普通黑洞来说，蒸发时间远超过宇宙的年龄。

黑洞在宇宙演化中扮演着重要角色。超大质量黑洞的引力会影响周围星系的结构和恒星的运动，甚至可能调控星系的形成与生长。同时，黑洞也是研究广义相对论与量子力学冲突的重要对象，因为在奇点附近，现有物理理论难以完美解释所有现象。
尽管黑洞充满神秘色彩，但随着观测技术的进步，人类对它的认知不断加深。从首次拍摄到黑洞照片（2019年M87星系中心黑洞），到多次探测到黑洞合并的引力波，这些发现都帮助我们更深入地理解宇宙的本质和基本物理规律。
BY: Mandana Tadayon
FY: AI