【4K杜比視界、中英字幕】學校里沒有教你的太空知識 【4K杜比視界】迄今發現的最大黑洞（中英字幕）

想像一個巨獸大到如果你能以光速前進， 僅繞它一圈就需要71天，不是71小時，而是71天。 這不是科幻小說。這是鳳凰座A，一個大到令人無法理解的黑洞。 比我們銀河系中心的超大質量黑洞的25,000個副本還具有更多的質量 整個星系。但更令人震撼的是，多年來我們一直以為自己了解 宇宙中最大的黑洞是哪一個？我們過去錯了。今天，我們將探討五個 迄今發現最兇猛的黑洞，挑戰我們所有認知的宇宙巨獸 難以置信地想到宇宙運作的方式。而我們所發現的，卻違背了物理定律。 在深入探討這些宇宙巨獸之前，我們必須先弄清楚自己實際上面對的是什麼。 什麼是黑洞？從本質上來說，黑洞看似極其簡單。 這是一個物質被壓縮至極其密集的空間區域，其引力強大到連光都无法逃逸。 拉力變得幾乎無法抗拒。重力強大到足以真正扭曲時空的結構。 時空本身。而這裡是關鍵部分。在某個邊界之內，逃逸速度， 你所需要達到的逃逸速度，超過了光速。由於宇宙中任何事物都無法超越光速， 可以比光速還快，連光本身都無法逃逸。這創造出一個完全的 我們稱之為事件視界、無法返回的界線。一旦跨越那條線， 而你將永遠消逝，朝著中心墜落，再無任何回頭之路。 現在，黑洞有不同的重量級別。最小的稱為恆星黑洞， 大質量恆星爆炸成超新星後所剩下的核心。當一顆巨大恆星耗盡其核燃料時 燃料燃盡並爆炸後，其核心會向內坍縮。如果該核心的質量超過約 質量達到太陽的三倍時，就會壓縮成黑洞。這些恆星黑洞通常 質量從我們太陽的三倍到可能一百倍不等。這是最常見的類型。 僅我們的銀河系就散落著數百萬個這樣的物體，它們是無形的屍骸。 早已熄滅的恆星在宇宙的虛空中飄浮。但黑洞不僅僅靜止不動，它們還在不斷增長。 當周圍的氣體和塵埃靠得太近時，潮汐力會將物質撕裂成一層薄薄的結構。 一個稱為吸積盤的旋轉圓盤。當粒子向內螺旋運動時，摩擦使其受熱。 高達數百萬度，因而發出強烈的輻射，這諷刺的是我們 偵測這些無光的物體。它們因吞噬周圍物質而發光。還有一個…… 黑洞透過吞噬彼此而增長。當兩個黑洞彼此相遇時， 它們向內螺旋，軌道逐漸衰減，直到它們的事件視界合併。這會產生 引力波，時空本身的波動，我們如今已能在地球上探測到。 這引我們來到巨型天體——超大質量黑洞。這些怪物潛伏在大多數星系的中心。 巨大的星系，包括我們自己的銀河系。它們的質量從十萬倍太陽質量起始，並可持續增長。 數百萬，甚至數十億倍於我們太陽的質量。我們銀河系的超大質量黑洞被稱為 人馬座A星，其質量約為430萬倍太陽質量。它的事件視界將足以容納 comfortably within Mercury的軌道。對於一個超大質量黑洞來說，這其實相當接近。 謙虛。科學家認為，這些星系巨獸在塑造其宿主星系的過程中發揮了關鍵作用。 星系，尤其是在碰撞和合併期間。星系越大，其規模也越大。 中心的黑洞往往如此。而這正是事情變得真正瘋狂之處。當超大質量黑洞出現時 如果黑洞的質量超過十億倍太陽質量，我們就不會再稱它為超大質量黑洞。這個稱呼已經不再適用。 再也無法公正地描述了。相反，我們稱之為超大質量黑洞，或在極端情況下稱之為 案例，巨大得驚人的黑洞。它們不僅巨大，更是宇宙中不可能存在的存在。 至少他們應該是這樣。因為事實是，這些怪物如此龐大，如此古老， 遠得我們的科技與理解能力都已達到極限。 限制。那麼，我們該如何尋找宇宙中最大的黑洞呢？讓我們來一探究竟。 黑洞從定義上來說是看不見的。它們不發射任何光線。它們在空間中確實是真正的「洞」。 那麼，我們該如何尋找一個無法看見的東西，特別是當它遠在數十億光年之外時？ 答案是，我們尋找他們所造成的混亂。第一種方法是辨識類星體。 宇宙中 brightest 的物體。當一個超大質量黑洞積極吸積物質時 周圍物質的吸積盤變得極其熾熱與能量充沛，因而發出耀眼的光芒。 在數兆個太陽的光芒照耀下。這些就是類星體，它們亮得讓我們能夠 從宇宙的另一端偵測它們。當物質以接近光速向內螺旋運動時 輕微的摩擦使它加熱至數千萬度。由此產生的輻射涵蓋了 電磁波譜，從無線電波到X射線再到伽馬射線。這驚人的光度 是我們的燈塔，告訴我們這裡有隻怪物，而且它正在進食。這些黑洞中的許多也 產生天體物理噴流，即聚焦的粒子與能量束，從其中射出。 在相對論速度下，磁極可延伸數千甚至數百萬光年。 這些噴流留下無法誤認的痕跡，無線電望遠鏡可在浩瀚宇宙中偵測到。 但對於那些並未積極吸積物質的黑洞，又該如何尋找呢？我們 注視著他們周圍的星星。透過追蹤星星和氣體雲團如何圍繞看似無物的中心運行。 空白區域，我們可以計算出它們所圍繞的不可見物體的質量。 如果恆星以每秒數千公里的速度飛馳，那必定有某種難以置信的東西 巨大而緊密的物體必須在那條軌道上束縛著它們。那東西就是一個黑洞。 接著是重力透鏡效應，愛因斯坦最優美預測之一。 巨大的物體會極度彎曲時空，使其如同宇宙中的放大鏡一般。 扭曲了其後方物體的光線。當我們看到完美的圓環或扭曲的弧形光線時 在一個星系周圍，我們知道有一個超大質量黑洞扭曲了空間本身。近年來， 我們甚至成功直接拍攝到了黑洞，或者更準確地說，是它們的影子。 事件視界望遠鏡利用遍布全球的無線電望遠鏡網絡 與協作團隊共同合作，於2019年捕捉到了M87星系黑洞的經典影像。 那項突破為我們提供了這些宇宙巨獸的首個視覺證據。 科學家也尋找過去暴力事件的證據。當超大質量黑洞爆發時， 他們在周圍的氣體中刻出巨大的空洞， 直徑可達數十萬光年，可在X射線波段觀測到。 這些古老的疤痕告訴我們，數百萬年前曾發生過黑洞的爆發。 最近，天文學家繪製了宇宙中超過130萬個類星體的地圖， 其中最遙遠的星系發出的光，來自宇宙誕生還不到十億五百年之際。 古老的。這還不到它現在年齡的10%。但問題在於，黑洞越遠， 越難精確測量。我們只能根據間接估算來判斷。 亮度、運動與建模。至於最極端的黑洞，也就是超大質量黑洞。 我們即將討論的內容中，測量結果存在極大的不確定性。有些測量結果 被更精確地測量，一些估計值已大幅修正。 這些年來，關於最大黑洞的一些說法後來被證明是誇大其詞或已過時。 但根據我們最佳的觀察、最先進的技術以及最新的科學研究， 我們已識別出五個遠超其他黑洞的天體。讓我們來認識它們。 我們的旅程從距離地球7億光年之外的寶瓶座開始， 一個透過宇宙暴力累積起巨大質量的黑洞。這是霍姆伯格 15a， 位於阿貝爾85星系團中心的一個巨大橢圓星系。 而在其中心，則存在著已知宇宙中最迷人的黑洞之一。 質量約為太陽的400億倍，這頭巨獸幾乎是太陽的10,000倍 比人馬座A星更為巨大。從這個角度來看，假如我們的太陽是個乒乓球大小， 大理石大小的這個黑洞，質量將超過地球上全人類的總和。它的事件視界 延伸得如此之遠，足以將海王星的軌道吞沒數十次。連光本身都會 需要數天才能從一側穿越到另一側。然而，真正讓霍爾姆伯格 15a 獨一無二的，並非此點。 僅憑其體積，便足以說明它如何形成。這個黑洞是一個宇宙中的食屍鬼。 在數十億年的時間裡，因吞噬了無數其他黑洞而變得極其龐大。 事情是這樣的。作為最明亮的星系團星系，霍姆伯格 15a 位於引力中心位置。 其整個星系團的焦點。在宇宙的漫長時間裡，較小的星系受到重力的吸引而逐漸向內移動。 最終與中心的巨頭相撞。每一次星系合併都帶來了它自身的 超大質量黑洞隨之共舞。當黑洞碰撞時，它們不會彈開。 相反，它們向內螺旋墜落，進行著死亡之舞，軌道逐漸衰減，同時釋放出能量 引力波，時空本身的波動。最終，它們的事件視界會接觸。 它們合併成一個更大的黑洞。這個過程反覆發生。 數十次，或許數百次的黑洞合併，發生在數十億年間， 每個都為霍爾姆伯格 15a 核心不斷增長的質量添磚加瓦，其宇宙級的雪球效應持續擴展。 難以想像的規模。而我們實際上也能看到這段暴力歷史的證據。 銀河擁有一个異常巨大且鬆散的核心區域，該區域內的恆星已被分散開來。 被合併黑洞的引力混亂所驅逐。這種核心掃蕩現象便是鐵證如山的證據。 一門槍，告訴我們過去曾有數個超大質量黑洞在這裡繞行，最終合併成一個。 多年來，霍爾姆伯格15a一直聲稱擁有更大的規模。一些早期的估計認為，它可能更大。 達3000億個太陽質量或更多。但2019年經過精確測量後，該數值被修正。 減少到更保守的400億倍太陽質量。雖然仍然絕對巨大，但並非那麼極端了。 宇宙巨擘，有人曾寄予厚望。霍爾姆伯格 15a 無比龐大，是宇宙演化的一座豐碑。 以及塑造我們宇宙的驚人力量。但這遠非我們所發現的最大黑洞。 發現了。我們下一個目的地將帶我們深入宇宙，距離11億光年之外。 人類迄今發現最非凡的星系之一，IC 1101。這絕非普通的星系。 多年來，IC 1101 始終擁有宇宙中已知最大星系的頭銜。儘管近來 雖然測量數據略有修訂，其尺寸依然絕對龐大。一顆超巨星 一個橢圓星系，其直徑曾估計達六百萬光年。 從這個角度來看，我們整個銀河系可以輕鬆地放入IC 1101內超過60次。 結束了。這不僅僅是一個星系，更是一個引力帝國。而在這龐然大物的中心，坐落著一個 適合其龐大王國的黑洞。IC 1101星系中心的黑洞質量約為 400億個太陽質量。僅其事件視界就延伸至海王星軌道之外。 IC 1101 最引人入勝之處在於其龐大的星系核心。這個緻密的球形結構 位於中心的區域延伸約13,500光年。這個巨大的核心是目前已知最龐大的之一。 我們所觀察到的任何情況。而且星系核心隆起的大小與質量之間存在直接關聯。 其核心的黑洞。星系核球越大，藏匿於其中的巨獸也就越大。但這個黑洞 這個洞並非處於休眠狀態，目前正產生巨大規模的高能輻射束，呈 cascade 狀態。 向外穿越空間。這些強大的噴流是物質穿越事件視界所導致的。 釋放出巨大的重力位能。 IC 1101 為何能長得如此巨大？答案在於它殘酷的過去。 這個星系是無數次合併的產物，數十億年來，較小的星系不斷被吞噬。 每次碰撞都會使星系及其核心的黑洞增加質量。在早期宇宙中， 星系原本較小且數量更多。隨著時間推移，重力將它們拉扯聚集形成星系團， 而這些星系團中心的星系則變成了宇宙中的吸塵器，不斷聚集質量 一次次合併之後，IC 1101 是這個過程的最終結果，一個星系。 一座包含可能數百個被吞噬星系殘骸的墓地。如今的IC 1101 古老而安靜。其恆星族群年紀久遠，主要由紅色和黃色恆星組成，幾乎沒有其他類型的恆星。 新的恆星形成。該星系的可用氣體已幾乎耗盡，僅剩少量殘留。 被黑洞的輻射加熱到過高溫度，無法收縮形成新的恆星。這個黑洞 代表星系演化的終點，一個經過成長而形成的成熟且巨大的系統。 數十億年的宇宙積累。它是一位君王，高踞於死寂星系的王座之上。 統治著可觀測宇宙中最大的引力區域之一。如今我們 進一步追溯時間，回到宇宙本身仍處於襁褓之中的時代。 這是S50014加81，一顆迄今發現最明亮的類星體之一，也是最明亮的類星體之一。 已知存在的古老黑洞，質量約為太陽的400億倍。 S50014 加上 81 個匹配我們之前討論過的那些巨型天體。但讓這個黑洞特別之處在於 真正非凡的不僅在於它的規模，更在於它存在的時期。這個黑洞形成於 大爆炸後不到20億年。從這個角度來看，宇宙的年齡是 目前約138億歲。當我們現在所看到的S50014加81的光開始其旅程時 朝向地球，宇宙的年齡僅約為現在的15%。這帶來了絕對的 令人費解的問題：黑洞是如何在如此短的時間內累積了400億倍太陽質量的？ 即使從第一顆恆星熄滅的那一刻起就持續而高效地供應，數學計算也 幾乎無法運作。這挑戰了我們對黑洞如何增長的基本理解。 它積聚質量的速度極快。S50014 plus 81 的物理尺寸令人驚嘆。它的事件視界 直徑約為1490億英里。要直觀理解這一點，這個黑洞的影子是 比冥王星繞太陽公轉軌道的整個範圍大40倍。但或許最令人震撼的 S50014 加上 81 的特點在於其驚人的亮度。這個類星體發出的光輝極為燦爛。 光度達太陽的300兆倍，亮度約為太陽的25,000倍。 整個銀河系。這種極端的光度來自於它貪婪的吞噬行為，不斷發出輻射。 整個電磁波譜範圍內的輻射。所產生的能量之巨，令人驚嘆。 發射幾乎無法理解。它是已知宇宙中最具活力的持續過程之一。 宇宙。更為驚人的是，它形成於何種環境之中。在早期 宇宙中物質的分佈方式不同。星系更小、更緻密，且碰撞得更頻繁。 經常發生。氣體更為豐富。這些條件可能造成了快速形成黑洞的完美氣象條件。 黑洞的增長。一些科學家推測，像S50014加81這樣的黑洞可能是這樣形成的。 通過直接坍縮。巨大氣體雲團直接坍縮成黑洞，而無需經過其他過程。 通過恆星階段首先進行。這將使他們佔得先機，從數千開始 即使達到數百萬倍太陽質量，而不僅僅是幾倍。但即使擁有這些優勢，要繼續增長也仍困難重重。 在不到20億年的時間內累積400億倍太陽質量，已逼近物理學的絕對極限。 允許。但還有一個更極端的黑洞。我們現在將深入超過10 距離地球上百億光年，遠到我們所看到的是宇宙還年輕時的景象。 超過其現有年齡四分之一的時間。這是TON 618，多年來，它一直被認為是最大的。 已發現的黑洞中，TON 618 的質量估計介於60至660億倍太陽質量之間。 確實獨一無二。這是一個如此巨大的黑洞，其質量超過了 數百個像我們銀河系般的星系的恆星總和。這些數字變得幾乎毫無意義。 以這種規模來說，TON 618 的事件視界直徑約為 3900 億公里。 那是從我們的太陽到海王星距離的40倍。以每秒30萬公里速度行進的光束， 每秒公里的速度，僅穿越其陰影一邊到另一邊就需要數週時間。 TON 618 有一段引人入勝的歷史。它最早於 1957 年在一次攝影巡天中被觀測到。 編目為托南特-津德勒天文台記錄中的第618號。十餘年來， 天文學家原本認為它只是我們銀河系中一顆微弱的藍色恆星。但到了1970年，無線電巡天發現了它。 揭開了真相。這根本不是一顆鄰近的恆星，而是距離最遙遠、能量最強大的一顆。 宇宙中類星體的光譜數據。當科學家分析TON 618的光譜資料時，他們發現 某件非同尋常的事。物質正以超過每秒7,000公里的速度穿過其事件視界。 每秒。產生此發射特徵所需的溫度和速度 只能來自一個來源，一個絕對巨大得驚人的黑洞。TON 618 釋放出耀眼的光芒， 亮度是太陽的300兆倍。它亮到即使距離超過100億光年，依然如此耀眼。 數光年之外，那是光在地球尚未形成之前就已開始傳播的距離。 我們今天仍然可以透過望遠鏡檢測並研究它。但讓TON 618如此特別的是 如此重要。它恰好位於理論物理學所說的可能極限之上。 記得我們之前討論過的那個限制嗎？當質量超過大約500億至600億倍太陽質量時， 吸積盤變得如此巨大，以致於應該開始形成恆星，這些恆星隨後將產生 輻射干擾了進一步的攝食。TON 618 好像正處於這條界限的邊緣。 障礙。目前值得注意的是，最初的估計認為TON 618的質量更高。 可能高達660億倍太陽質量或更多。較近的測量結果已對此數值進行了修正。 略微向下傾斜，使其更接近其他超大質量黑洞的狀態 約為400億至600億倍太陽質量。但即使經過這些修正，它仍然是其中之一 有史以來確認過最巨大的黑洞。多年來，TON 618 始終保持著最大黑洞的頭銜(grad) 已知宇宙中的黑洞。但還有一個，最後一位泰坦，或許將超越所有其他黑洞。 我們的最終目的地位於85億光年之外，位於鳳凰星系的中心。 星系團，一個由大約一千個星系組成的集合，沐浴在劇烈的輻射之中。 在這座宇宙大都會的中心，坐落著鳳凰座A，一個異於常規的最明亮星系團星系。 我們之前見過的任何東西。而在其核心深處，可能藏著一個最大的黑洞。 在可觀測宇宙中，鳳凰座A星系中心的黑洞估計質量達一千億噸。 太陽質量。要理解這個規模，這個單一黑洞的質量是太陽的25,100倍。 比我們整個星系中心的超大質量黑洞人馬座A*還要大。 這個怪物的事件視界寬達五百九十億公里，相當於3,900 天文單位。從這個角度來看，我們的太陽到冥王星的距離約為40 天文單位。菲尼克斯A的事件視界比這大一百倍。 這物件的規模之大，令人難以理解，而且它仍在持續增長。鳳凰A正在獲得 每年約為60個太陽質量，超過我們整個太陽的質量 每年都被添加到這座原本已難以置信的巨無霸之上。但菲尼克斯A是如何長得如此巨大的呢？ 科學家認為，它很可能源自多個超大質量黑洞的碰撞與合併。 大爆炸後不久的黑洞。在混沌初開的宇宙早期，當星系還未形成時 頻繁碰撞，數個巨大的黑洞可能已聚集在一起，形成一個完美的狀態。 宇宙暴力的風暴。這將使鳳凰A不僅是最大的，而且可能是最巨大的之一。 目前已知最古老的黑洞。我們確實可以看到鳳凰座A強大能量的證據。 寫在周圍的空間中。大約一億年前，這個黑洞經歷了一次巨大的 爆發，是迄今為止探測到的能量最強烈的爆發之一。它在其中刻出了巨大的空腔。 周圍的氣體，每團橫跨數十萬光年，推動了數兆噸的物質。 太陽質量的物質。但這一點很重要，我們必須誠實面對 這裡存在不確定性。Phoenix A 約 1000 億太陽質量的估計值來自間接方法。 建模，而非直接測量。這黑洞距離極遠，難以研究。 一些科學家認為，實際質量可能更接近於400億倍太陽質量。 更符合我們之前討論的其他超大質量黑洞。事實是， 我們目前尚無技術能絕對精確地測量鳳凰A的質量。未來 使用更先進的儀器進行觀測可能會使此數值向上或向下修正，但根據我們的資料 現時最佳的模型以及其過去噴發的極端證據顯示，菲尼克斯A仍然是我們的選擇。 宇宙中最大黑洞的首選候選者。它代表了極致 重力威力的體現，這些宇宙巨獸所能達到的質量絕對極限。 這些宇宙怪物中，哪一個最吸引你？請在下方留言告訴我。 如果你還想繼續探索我們宇宙的奧秘， 按一下訂閱按鈕，因為還有更多值得探索的內容。謝謝你 與我一同踏上這趟邁向時空邊緣的旅程，我們下集再見。