【菜科解读】

我们都知道小质量黑洞怎么来的，8倍太阳质量以上的恒星死亡后都会演化为较小质量的黑洞，但是例如我们银河系中心400万个太阳质量、M87星系中心65亿个太阳质量的黑洞怎么来的？有这么大的恒星能通过超新星演化出这么大的黑洞吗？显然不可能！

所以我们今天就了解下宇宙早期的超大质量黑洞演化过程，它咋来的！

先了解下我们银河系的超大质量黑洞是怎样被发现的

银河是夜空中光明与黑暗的交织，它包含了我们所能看到的所有恒星，从年轻到古老，有大有小，颜色各异，中间夹杂着昏暗的气体云，绵延数十万光年，而我们就是其中的一份子！

但是在我们星系的中心，在核心的深处，包含着一个与众不同的天体。

由于中性气体和尘埃的阻挡，星系的中心在可见光谱中完全看不见，所以我们只能在太空中通过非常特定的波长，才能成功地观察到星系中心的情况。

当我们真正看到星系的中心时，又会注意到一个特殊的区域从附近其他区域中脱颖而出，它略显不同！

上图就是一些银河系中心观测结果，分别是：斯皮策望远镜红外线观测结果、哈勃的近红外线结果、钱德拉x射线结果！

黄色小框中明亮的地方，是银河系最内部，最中心的区域，可以看出在每个波长上它都比其他地方更加明亮。

如果我们用最高分辨率的无线电望远镜，继续往里面看，我们会发现什么？

很明显，成千上万颗恒星挤在一个空间区域里，一片混乱，啥也看不到。

那我们继续放大，在年轻、炽热的恒星之间，在人马座A*这个非常小、非常特殊的位置上，有一个明亮的射电源。

下图：

注意上图中黄色箭头标识的区域，在照片中前景恒星的衬托下，是不是显的十分微小！这也没啥特殊的。

但是周围的恒星正以非常惊人的速度绕着这个位置中的某个物体旋转，根据万有引力定律，这个物体的质量至少是太阳质量的400万倍。

这么大？这个玩意是啥？我想你应该猜到了！

而且这个物体还不发光，现在知道这是什么了吧！这就是为什么我们知道我们的星系中心有一个超大质量黑洞。

事实上每个星系都有一个，星系越大，中心的黑洞就越大。

但是我们银河系中心位置不止这一个最大的黑洞，周围应该还有中型、小型黑洞，因为这里的恒星杂乱无章，运动的毫无章法可言。

超大质量黑洞在大多数时间都处于休眠状态，或者不活跃，因此，就像银河系这种黑洞一样，很难被探测到。

（这也是我们为什么要观测M87星系的黑洞，因为M87黑洞有66亿个太阳质量，异常活跃！）

但是用我们用钱德拉x射线望远镜深入宇宙，我们能够看到宇宙中至少有3亿个活跃的超级大质量黑洞。

所以有一件事就特别奇怪，在宇宙的早期阶段，那时最早的超大质量黑洞比我们想象的要大得多。

那么为什么这些超大质量黑洞在宇宙早期就会形成，为什么它们的质量增长的如此迅速快?

宇宙早期原料很丰富，我们来看下早期形成的超大质量恒星

我们知道超新星爆发时，要么留下中子星、要么就是黑洞，但是留下的只是一个质量为太阳质量几倍、几十倍的黑洞。

你应该没听说过一个超新星爆发后留下一个几百万、甚至几十亿个太阳质量的黑洞吧！那这个原始恒星应该大到无法想象。

也许我们只说过的最大的超新星产生了一个20到30倍太阳质量的黑洞，这个可以理解。

但这很难解释为什么宇宙中有数百万个或数十亿个太阳质量的黑洞。

要理解这些超级黑洞是怎样产生的，我们就需要回到宇宙的早期阶段：在我们的太阳系存在之前，在大星系团合并和形成之前，在几代恒星生存和死亡之前，甚至在最初的气体云和尘埃坍缩形成恒星之前。

那么这是什么时候？对！就是俗称的黑暗时期！

这时的宇宙相对均匀、密度最大的区域开始收缩...

最终，氢和氦在某个地方达到了足够高的密度，点燃了宇宙中的第一次核聚变，也引发了恒星的相继诞生。

我们要知道这时的宇宙中，氢和氦的总量大约是10^23个太阳质量，原始材料极为丰富！而每一个不同的区域形成的第一个恒星质量，从几百万个太阳质量到几十万个太阳质量不等！都是一些巨大的怪物！

等这些超级恒星形成以后，而剩下的残羹剩饭就像我们目前宇宙所有的恒星形成区域一样，宇宙将会继续形成各种各样的恒星。

这时形成的大多数恒星寿命较长、亮度较暗、质量较低。

超大质量恒星的不同命运

那些质量最大、最热、最亮、最蓝、寿命最短的恒星，会出现3种命运：

Q1、一部分大质量恒星将在其核心形成重元素 最终形成行星，最终成为超新星 丰富宇宙，核心坍缩形成较小的黑洞，也就是我们目前最熟悉的黑洞诞生的过程！

Q2、那些质量超过太130个太阳质量的极端恒星，脾气就更加暴躁了。

这些恒星的内部能量非常高，产生的光子并不会直接辐射出来，而是像宇宙早期一样，光子在超高的能量下形成了正反物质对，而正反物质对拥有较低的运动速度，给恒星的内部带来了一定的不稳定性，不能提供正常的辐射压力，最终恒星在没有燃烧完燃料时，整个恒星所有的物质就会快速向内塌缩，导致失控的核聚变，从而将整个恒星摧毁，但是这时大多数恒星的物质都会坍缩成为黑洞。

当然，这个过程并不能帮助创造一个超大质量的黑洞。

Q3、事实是，以上的情况只适用于质量大于130个太阳质量，小于250个太阳质量的恒星。

如果恒星的质量比250个太阳质量还要大，在恒星的内部就会开始产生能量巨大的伽马射线，这些伽马射线会把之前生成的重原子核电离成轻元素 氦和氢，从而使得恒星内部冷却。

在一颗质量超过250个太阳质量的恒星中，它会完全坍缩成一个黑洞。

260个太阳质量的恒星会产生一个260个太阳质量的黑洞，1000个太阳质量的恒星会产生一个1000个太阳质量的黑洞，等等。

现在的问题是，这些恒星制造的黑洞单个质量还是不够目前的要求！但是只要量多这事就好办？因为黑洞可以通过吸积附近的恒星、互相合并慢慢长大！

狼蛛星云，宇宙早期星系演化、超大质量黑洞形成的缩影

那么宇宙能否在一片区域内大量制造了这些恒星使它们能够成长为早期超大质量黑洞？为了回答这个问题，我们将目光转向局部星系群中最大的恒星形成区域：位于大麦哲伦星系中的狼蛛星云。

看看宇宙有没有这个能力！

狼蛛星云的空间区域跨度近1000光年，中心是巨大的恒星形成区域R136，包含了大约45万个太阳质量的新恒星。

整个星系十分活跃，并且不断地形成新的大质量恒星。

对于宇宙早期的星云来说这个真的是小儿科，但是这也是早期的一个缩影！我们继续往下看：

如此活跃地星云，也理所当然的创造了离我们最近的超新星SN 1987a！它位于狼蛛星云的外围。

在R136的中心地区，充满了炽热明亮的蓝色恒星。

我们可以看到，在众多蓝色的恒星的旁边有一颗另类的红色恒星。

它很有可能成为我们夜空中的下一个超新星！

但是即使它形成了一个黑洞，也不会形成一个非常大的黑洞。

我们需要在这寻找一个质量超过太阳250倍的恒星。

在狼蛛星云中其实就有一个：

人类已知的最大恒星：R136a1，有265个太阳质量，可是R136a1并不会坍缩成一个265个太阳质量的黑洞！因为它的核心在形成时就已经有了大量的重元素，但在早期宇宙中，没有重元素的存在，所有超过这个质量阈值的恒星将简单地转换成黑洞!

总结：超大质量黑洞和星系的形成是一个不断融合、吸积、演化的过程

我们知道星系是在早期宇宙中形成的，由于坍缩恒星形成区域的快速合并和增长，这些早期形成的大小黑洞将会彼此融合，不断膨胀，在所有物质的中心形成越来越大的黑洞，这样宇宙的第一个大星系就形成了。

假如每50万个太阳质量的恒星只能得到一个250个太阳质量的黑洞，这意味着一个星系的中心要有1亿-2亿个太阳质量的黑洞，就需要大约20-4000亿个太阳质量的恒星！那么你觉着作对宇宙的早期是一件难事吗？

时空弯折的终极秘境 黑洞藏着光线逃不出的边界

强大引力不断拉扯弯折空间，形成一道无形的事件视界，哪怕是宇宙中速度极限的光，一旦跨入这片范围，也再也没有办法向外挣脱逃离。

聊聊黑洞的形成本源，看懂时空弯曲的原理，便能明白光线被困的深层缘由。

广袤宇宙中，万事万物都会带来时空形变，质量越大的天体，对周边时空的弯折效果就越明显。

平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱，我们很难直观察觉，光线穿行其间只会出现轻微偏移，依旧可以顺畅传播。

可黑洞截然不同，它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来，星体内核急剧向内收拢，体积不断压缩，质量却高度汇聚，让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。

极度密集的质量，催生出恐怖的时空曲率，空间不再保持平直状态，如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜，越靠近中心位置，弯折程度就越发夸张。

这种肉眼看不见的空间形变，正是黑洞一切奇特现象的根源，也构筑起专属它的宇宙规则。

事件视界便是时空弯折形成的临界分界线，没有实体轮廓，却划分出两种截然不同的物理世界。

界线外侧的时空曲率相对平缓，宇宙常规法则正常生效，光线、星际物质可以自由穿行，天体也能按照既定轨迹运转，光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。

一旦跨过事件视界，时空曲率瞬间飙升至极值，空间结构彻底扭曲塌陷。

此刻所有运动规律都会被改写，光线即便以最快速度行进，也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心，完全找不到向外逃逸的路径。

光无法逃离视界范围，也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。

本身不会向外辐射反射光线，外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬，没有光能抵达观测者视野，所以人类无法直接目视黑洞本体，只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。

时空曲率带来的束缚力，不止困住光芒，也禁锢住所有物质与信息。

任何行星、星云碎片、宇宙尘埃，不慎闯入事件视界之后，都会顺着扭曲的空间持续下坠，最终汇聚到中心奇点。

外界永远无法获取视界内部的状态变化，这里成了宇宙天然的封闭秘境。

对比普通天体就能清晰看出差距，行星、恒星的时空弯曲程度有限，物体只要达到对应逃逸速度，就能脱离引力影响。

黑洞曲率突破临界阈值，直接锁住光速运动的光线，成为宇宙中独一无二的时空牢笼。

人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘，从捕捉引力波，到拍摄黑洞实景影像，一步步印证时空曲率的相关理论。

这份极致弯折造就的特殊天体，不断颠覆着人们对时空的固有认知，也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。