黑洞隐藏了它们祖先的秘密吗？

四鬼丫头在

一个黑洞中有两个黑洞的插图。（图片来源：Rob Lea）

据美国太空网（Robert Lea）：黑洞是巨大而单一的空间和时间区域，吸引了人类的想象力。其中一些是由大质量恒星的死亡和坍塌造成的，但没有一颗恒星能产生最大的黑洞。这些是潜伏在星系中心的超大质量黑洞，其质量相当于数百万甚至数十亿个太阳。

像这样的巨大黑洞被认为是由两个较小的黑洞碰撞合并而成的。现在，科学家们想知道我们是否可以通过几代人的逆向工作来了解黑洞的家谱。

如果有一个宇宙学物体或事件被设计成神秘的，那就是黑洞。这一空间区域以一个称为视界的边界为标志，视界是我们的宇宙与虚空中的一切之间的屏障。因此，不可能从这个屏障之外获得信号，从而获得信息。

除此之外，黑洞几乎没有识别特征，理论物理学家约翰·惠勒曾说过，“黑洞没有头发。”？

并非所有黑洞都是以相同的方式产生的

Imre Bartos是佛罗里达大学的物理学家，他认为超大质量黑洞的有限特征——质量、自旋和电荷——实际上可能隐藏了产生它们的原始黑洞装配线的细节。

他说，涉及大质量恒星死亡和坍塌的黑洞诞生的标准图片无法解释我们今天看到的巨大黑洞的产生。这既包括超大质量黑洞，也包括质量约为太阳质量100至100000倍的相对较小的中等质量黑洞。

Bartos在接受Space.com采访时表示：“恒星在成长过程中基本上不会自行解体，这是有一定限度的。如果一颗恒星变得非常大，那么它会在没有时间形成致密核心之前爆炸，从而形成黑洞的种子。我们预计恒星死亡形成黑洞时，黑洞的重量会有一个自然限度。这个质量大约是太阳质量的50倍。所以，这是一个相当大的质量，但没有我们看到的超大质量或中等质量黑洞那么大。”

这意味着必须有其他一些过程来创造最可怕的黑洞，对时空中被称为引力波的微小波纹的观察表明，这种过程可能是随后更大一代黑洞的碰撞和合并。

巴托斯想知道：“我们如何才能做侦探工作，回到过去，看看黑洞合并的环境中到底发生了什么？我们能谈谈黑洞祖先吗？”。



当两个超大质量黑洞相互螺旋并合并时，它们会产生引力波。有了足够的能量，它们可以“踢”出自己的起点，甚至完全踢出自己的家乡星系。（图片来源：美国国家航空航天局）

巴托斯认为，理解是什么导致黑洞聚集和合并是理解宇宙如何进化的关键，甚至可以弄清基本物理定律的根源。

巴托斯说：“我们想学习，但到目前为止，我们还没有完全理解宇宙中究竟是什么让黑洞聚集在一起并合并。”。“这不能只是一个随机的过程。必须有某种机制将黑洞聚集在一起并使它们合并。这是我们试图从现有的有限特性中理解的。”

他补充说，通过观察超大质量黑洞的质量和产生它的合并产生的引力波，研究人员可以估计最初产生它的黑洞的质量。除此之外，Bartos和同事们推断，观察黑洞旋转的速度也可以揭示产生它的母黑洞旋转的速率。

Bartos认为，观察这些合并发生地区的电磁信号，也可以显示它们是如何与环境相互作用的。例如，黑洞是否以周围的气体和尘埃为食，以促进自身的生长？

黑洞也有祖父母

Bartos补充说，在有许多其他黑洞的地区，可能会发现质量是太阳质量50倍以上的黑洞。这意味着，就像我们有父母、祖父母和曾祖父母一样，黑洞合并可能不是唯一的事件，而最大的黑洞来自于几代人的反复合并。

这种世代交替的情况不仅会导致质量的聚集，而且随后的子黑洞也会从它们的祖先那里收集角动量。Bartos说，这意味着，随着黑洞越来越大，它们也应该旋转得越来越快。

Bartos说：“如果我们检测到更高的自旋，这可能表明之前可能有合并。”。“事实证明，对于我们迄今为止看到的一些较重的黑洞，我们确实看到有迹象表明，我们预计这些连续合并会产生高自旋。”

然而，尽管Bartos认为黑洞有“祖父母”的想法很有趣，并相信我们可以从引力波观测中揭示黑洞父母的一些细节，但黑洞祖父母的故事可能会随着时间的推移而消失。

他说：“我们无法直接从引力波观测中探测到之前的合并。我们必须运行探测器数百万年，这是不可能的。”。



银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*首次在偏振光中出现。它有祖父母吗？（图片来源：EHT Collaboration）

据信，形成超大质量黑洞的合并链至少需要10亿年，但这些宇宙巨星在宇宙大爆炸后仅数亿年就被观测到了。这些观测是由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）提供的。这留下了一个挑战。科学家们仍然需要充分解释这些宇宙巨人是如何长得如此之大、如此之快的。然而，也许线索在于祖先的机制本身。

Bartos说：“如果我们看到这些黑洞合并的过程，我们就可以看到星系中心超大质量黑洞的起点是什么。”。“我们可以看到这个过程有多快，有多普遍，这可以帮助我们了解这在形成更重黑洞的过程中可能发挥的作用有多大。”

Bartos预计，随着引力波探测器变得更加灵敏，人类将从更远的地方发现这些空间和时间上的波纹，从而早期发现黑洞合并。这意味着我们应该继续更多地了解黑洞在138亿年的宇宙历史中是如何生长的。

Bartos总结道：“我很兴奋能第一次看到事物，并发现我们知识的极端。”。“当我们看到极端时，情况与我们习惯的情况大不相同。黑洞在很多方面都是极端的。”