尽管人类已经获得了黑洞第一张图像，并通过监测，获得了黑洞合并时释放的引力波。然而，黑洞还是有很多谜团，其中一个谜团就是黑洞的质量之谜。

在浩渺的宇宙中，黑洞的数量多不胜数，它的大小也应该是多种多样。天文学家根据黑洞的质量将黑洞分为三种主要类型。

【资料图】

第一类是"恒星质量黑洞"，其重量与太阳一样的恒星质量相近。

第二类是"超大质量黑洞"，其重量是恒星的质量数十万到数百亿倍，这些黑洞位于许多星系的中心。

第三类是"中间质量黑洞"，它的重量介于恒星质量与超大质量黑洞之间，然而这种质量的黑洞却在人类已观测的宇宙寥寥无几，这是为什么呢？

恒星质量黑洞

我们的太阳，NASA/SDO

恒星质量黑洞，顾名思义，就是由恒星死亡时创造的黑洞。 然而，并不是任何恒星都能形成黑洞，能形成黑洞的恒星重量大约是太阳的20倍。

恒星是由高温气体组成的天体，其中心发生"核聚变反应"，燃烧氢气，形成更重的元素。这种反应产生的能量使恒星发光，并使其保持形状，而不会被恒星自身的引力压碎。

然而在恒星的演化过程中，铁是核聚变反应的最后阶段非常稳定的元素。 当核聚变反应停止，恒星就会被自己的重力压碎，发生"重力衰变"。由于重力衰变，恒星气体会从外边缘向中心收缩，恒星的核心密度变得非常高，气体可能会反弹并引起大爆炸。

超新星爆炸产生的蟹状星云

这就是所谓的恒星终结——"超新星爆炸"。

当质量是太阳20倍以上的恒星发生超新星爆炸时，就会形成恒星质量黑洞。

如果质量低于太阳20倍的恒星发生超新星爆炸，则会成为"中子星"，而不是黑洞。

而质量低于太阳8倍的恒星，也不会引起超新星爆炸，而是当恒星的燃料消耗殆尽后，它将成为被称为"白矮星"的天体。

也就是说我们的太阳死亡后，也不会成为黑洞，而只会变成一颗白矮星。

白矮星

在银河系中，科学家已经发现许多质量是太阳几倍到十倍的恒星质量黑洞。其中许多黑洞常与另一个天体以成对的形式存在，并发射强烈的X射线。

近年来，美国引力波望远镜"LIGO"首次成功捕捉到黑洞合并时释放的引力波，发现恒星质量黑洞之间的结合频繁发生，其重量是太阳的几十倍。

恒星质量黑洞需要超新星爆炸。 然而，超新星爆炸的机制尚未完全理解。

超新星爆炸能产生多大质量的黑洞？解开这个谜团被认为是研究恒星质量黑洞形成的重要课题之一。

美国重力波望远镜LIGO

超大质量黑洞

每个星系的中央都有一颗质量超大的黑洞，是恒星的数十万到数百亿倍。例如银河系中心的天体"Sgr A+"，以及椭圆星系M87的中心黑洞。

银河系中心，有一个巨大的黑洞

EHT的观测结果显示，M87的黑洞图像中，阴影中心有一个黑洞，质量大约是太阳的60亿倍。

星系的形成与发展和它中心的超大质量黑洞被认为是以某种方式共同进化。

那么，这些超大质量黑洞是如何形成的呢？

一般认为，巨大的黑洞增加其质量需要不断地汲取黑洞周围的物质，而星系的中心部分，物质的含量相对稠密，利于超大质量黑洞的形成；或者当星系相互碰撞时，存在于星系中心的黑洞相互结合成更大的黑洞。

宇宙诞生大约7亿年后，诞生的黑洞想象图，质量大约是太阳的20亿倍。NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

然而，最近的观测表明，在138亿年的宇宙历史中，宇宙诞生约7亿年后，已经存在一个超大质量黑洞，其质量是太阳的20亿倍。

在以前设想的场景中，宇宙的第一代恒星在宇宙诞生几亿年后首次出现，当超新星爆炸后可以形成恒星质量黑洞，被认为是种子黑洞。

然而，即使第一代恒星比太阳重近100倍，并且在短短1000万年左右就产生超新星爆炸，它也不能在宇宙诞生后的7亿年间就从种子黑洞成长为重约20亿倍的超大质量黑洞。

到目前为止，科学家的设想和观测之间出现巨大的矛盾。

宇宙诞生不久后，是否有一种机制可以产生质量比我们想象的更大黑洞？ 或者是有一个机制可以更有效地增加黑洞质量？先有星系中心的超大质量黑洞还是星系？都是一个个有待解决的重大科学问题。

中间质量黑洞

恒星质量黑洞的质量是太阳的几十倍，星系中心黑洞的质量是太阳的几十万亿倍，那么中间质量的黑洞又有哪些奥秘呢？

事实上，科学家对中间质量黑洞知之甚少。 在观察中很少发现这种情况，而且首先讨论了是否存在这种存在。

传统的理论认为，恒星坍缩时是不会产生质量在65到135个太阳质量之间的黑洞。当恒星核心的质量大于65个太阳质量时，垂死的恒星内核非常致密时，其中心变得如此炽热，以至于它们开始将光子转换成对的粒子和反粒子，这种现象就被称为对不稳定性。如此一来，恒星中心核燃烧以一种失控的方式加速，其结果就是恒星在爆炸后没有留下任何黑洞的遗迹。

2019年5月21日，GW190521事件想象图

在2019年5月21日， 地球接收到70亿光年处的两个黑洞合并发出的撼动全宇宙的引力波， 虽然这可能只是宇宙时空中稀松平常的一件事，虽然在地球天文台监测设备持续不到不到十分之一秒，但它包含的有关合并的黑洞的信息，却震撼了整个天体物理学界。

经过计算，参与合并的两个黑洞的质量分别是太阳质量的66和85倍，由此产生的黑洞有142个太阳质量，在此之前人类物理学认为不可能出现这样中质量的黑洞。

那么这种情况下，中间质量的黑洞是怎么诞生的呢？ 目前可能有两种情况。

一种情况是，正如重力波观测到的那样，小黑洞之间发生碰撞合并或吸收周围气体时成长为中质量黑洞。

另一种情况是，一颗恒星的重力衰变，就像恒星质量黑洞一样诞生中质量的黑洞。

但是要通过重力衰变产生中质量黑洞，恒星的重量需得是太阳的10000倍左右。 然而，宇宙中这样的恒星几乎不存在。

黑洞从周围的天体中吸取气体的图像，NASA/CXC/M.Weiss

这些重恒星最容易被创造的环境中是宇宙大爆炸发生后不久的早期宇宙。

在宇宙早期，宇宙中只有非常轻的元素：氢、氦和少量的锂。 由于仅含有氢和氦的原始气体云不能发生湮灭和冷却，而恒星需要大量气体云才能产生。 因此，科学家推测在宇宙的早期，可能有许多重恒星。

然而，到目前为止，还没有真正观察到这些重恒星。因此，在宇宙诞生后不久，恒星的重量是否超过太阳的10，000倍，这仍然被认为是一个谜，所以由重恒星坍缩创造中质量恒星的说法无从谈起。

宇宙中的黑洞多种多样，还有很多未知是我们人类无法解读的。

但是对于过去，人类总有一种天生的好奇和敬畏，对于未来，人类尚且还有很多未知等待探索，宇宙浩瀚而神秘，为什么不仰望夜空呢？

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