多見者博，多聞?wù)咧?，拒諫者塞，專己者孤?！笇?引自《鹽鐵論.制議》

當我們把目光投向天空，探索星系的深處，除了有照亮宇宙的恒星，或行星、星云以外，還有一些我們?nèi)庋弁耆床灰姷奈镔|(zhì)形式。

今天說的不是那些在可見光中看不到的冷氣體和塵埃，也不是一些褐矮星或是暗物質(zhì)！而是大家已經(jīng)很熟悉的黑洞！前幾天我們了解了宇宙中質(zhì)量最大的黑洞，在類星體TON618中我們發(fā)現(xiàn)了660億個太陽質(zhì)量的黑洞，那宇宙中有沒有最小的黑洞呢？它的質(zhì)量是多少？

我們?nèi)绾未_定附近星系黑洞的質(zhì)量？

對于黑洞的研究我們已經(jīng)取得了長足的進步，以前只在理論上存在的天體，我們已經(jīng)在M87星系的中心拍攝到了黑洞的真容，這個黑洞質(zhì)量足有65億個太陽質(zhì)量！那么我們的銀河系的中心呢？

當我們把最大的無線電望遠鏡指向位于銀河系中心的“黑暗”塵埃帶時，下圖就是我們所看到的，在人馬座A*這個非常小、非常特殊的位置上，有一個明亮的射電源。

看起來真的沒啥特別的，但是我們發(fā)現(xiàn)周圍的恒星正以非常高的速度圍繞這個位置的某個物體運動，根據(jù)周圍恒星軌道的運行情況，根據(jù)我們已知的萬有引力定律，我們不難算出這個物體的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的400萬倍，而且它還不發(fā)出可見光。這不僅是我們確信銀河系中心超大質(zhì)量黑洞存在的理由，也是我們知道黑洞質(zhì)量的一種方法！

曾經(jīng)有小伙伴問，星系中心是不是都有黑洞??！事實上，我們目前很確信在星系的中心都存在黑洞，而且大多數(shù)星系的中心都有超大質(zhì)量的黑洞，其中很多黑洞的大小是銀河系中心這個龐然大物的許多許多倍。上文說的那個660億倍的肯定也不是宇宙的極限，因為我們已知的最大IC 1101星系中心黑洞目前還沒有被確認，據(jù)估計有400-1000億倍的太陽質(zhì)量！

超大質(zhì)量黑洞目前被認為是由數(shù)百萬顆古老的大質(zhì)量恒星的尸體合并和吞噬而形成的。

一個典型的黑洞是如何產(chǎn)生的？

當我們觀察一個年輕的星團時，體積最大、質(zhì)量最大、光度最高的恒星十分顯眼，很容易就會被觀察到。人們下意識地會想：這些體積質(zhì)量越大的恒星，由于燃料充足，可能會活的更久一點，但直覺一般都是錯誤的！

像O級和B級這樣的大質(zhì)量恒星是太陽質(zhì)量的幾十倍甚至幾百倍，但它們?nèi)紵剂系乃俣确浅？?，在短短的幾百萬年甚至是幾十萬年就將核心的燃料消耗殆盡，而我們太陽能活120億年左右，這就是差距！絕大多數(shù)的大質(zhì)量恒星在生命的末期，會死于Ⅱ型超新星爆發(fā)。其核心會坍縮形成一顆中子星或黑洞！

在整個恒星的生命周期中，引力一直在壓縮恒星，將其向內(nèi)并試圖使恒星坍縮。而核聚變發(fā)生在恒星的核心處，產(chǎn)生的輻射壓力可以抵抗外部的引力，使恒星保持正常的體積和壓力平衡。當核心的核聚變停止時，引力就會使核心坍縮，而這時抵抗引力的是原子內(nèi)電子之間的簡并壓（泡利不相容原理）。

在類太陽恒星中（甚至是四倍于太陽質(zhì)量的恒星），當核聚變結(jié)束時，恒星的核心將縮小到地球的大小，形成一顆白矮星！但不會進一步縮小，這時就是原子在支撐著整個恒星！

電子之間的簡并壓力也并非不可突破，一顆超過太陽質(zhì)量4倍的恒星就會變成超新星，它的中心區(qū)域在坍縮到原子階段之后，會將原子“壓碎”將電子壓進原子核并于質(zhì)子結(jié)合，形成一個純中子的天體，稱為中子星！

中子星的質(zhì)量大約和太陽相當，但體積不像地球那么大，而是在一個直徑只有幾公里的天體！

雖然原始恒星只有一小部分質(zhì)量會留在核心，但隨著原始恒星質(zhì)量大小的不同，遺留下的中子星質(zhì)量也在發(fā)生變化，當中子星的質(zhì)量超過了太陽的3倍，中子也會屈服于引力，被壓縮到一個體積無限小，空間曲率無限大，甚至連光也無法逃脫的天體：黑洞！這就是中子星到黑洞的過程！

已知最小的黑洞是什么？現(xiàn)在就我們發(fā)現(xiàn)的，有三位候選者。

• IGR J17091-3624：雙星系統(tǒng)中的一個黑洞，科學家可以探測到它，是因為雙星黑洞系統(tǒng)產(chǎn)生了非常強烈的恒星風！并不是有物質(zhì)落入了黑洞，而是這個黑洞吸積伴星的物質(zhì)，并將大約95%物質(zhì)噴射到星際介質(zhì)中。這是一個低質(zhì)量黑洞，質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的3到10倍。

• GRO J0422+32：也是一個雙星系統(tǒng)，離地球只有8500光年，估計出來的質(zhì)量相差很大。一些團隊聲稱這是一顆中子星，質(zhì)量只有太陽的2.2倍；有人說它的質(zhì)量接近太陽的4倍，毫無疑問，現(xiàn)在還沒有定論。

• XTE J1650-500：最初官宣的時候它只有3.8個太陽質(zhì)量，但后來重新估計后，被修正為更接近太陽質(zhì)量的5倍。這還是一個雙星系統(tǒng)，黑洞從吸積盤穩(wěn)定的發(fā)射x射線，科學家一般都是根據(jù)黑洞外部發(fā)出的輻射和黑洞質(zhì)量之間的關(guān)系，來確定遙遠黑洞質(zhì)量的，目前出入還是比較大的！

無論是2.5倍、2.7倍、3.0倍還是3.2倍太陽質(zhì)量，這對于一個黑洞來說質(zhì)量已經(jīng)十分小了。你可能也會認為這是黑洞可能存在的最小質(zhì)量。但實際上還有另外三種可能性！

總結(jié)：就黑洞來說，沒有最小只有更小

• 中子星-中子星合并！

兩個中子星的合并過程會產(chǎn)生宇宙中大多數(shù)的重元素，比如黃金。在宇宙中，中子星的數(shù)量要比黑洞多的多，雖然兩顆中子星碰撞的情況相對較少，在一個星系中每10000到10萬年左右發(fā)生一次，但我們知道，宇宙已經(jīng)有138億年的歷史，包含了近1萬億個星系！從這些尺度來看，中子星的合并在宇宙中十分常見！

很有可能，當兩顆中子星相撞時，即使它們本身的質(zhì)量沒有完全超過形成黑洞的門檻，但這個過程也極有可能在形成超新星爆發(fā)后，留下一個黑洞。就在我們銀河系中已經(jīng)發(fā)生了大約10萬到100萬個中子星合并的事件！所以我們很有希望在銀河系內(nèi)就可以找到一個2倍左右太陽質(zhì)量的黑洞。

• 黑洞會隨著時間的推移失去質(zhì)量！

由于真空存在量子波動，無論在黑洞的內(nèi)部、外部還是視界上，都會產(chǎn)生粒子-反粒子的波動，這些粒子會在真空中瞬間出現(xiàn)然后瞬間湮滅，以保證能量守恒。如果有一個波動的虛粒子掉入了黑洞，那么另外一個粒子會從黑洞中帶走能量，變?yōu)閷嵙Ｗ影l(fā)生逃逸！盡管這個過程發(fā)生得非常緩慢，但由于霍金輻射，黑洞還是會慢慢蒸發(fā)!

我們要知道這種輻射不是來自黑洞噴射出來的粒子或反粒子流，而是一些能量非常低、幾乎恒定的黑體輻射通量。

那么在巨大的時間尺度上，比如10^68或10^69年，一些質(zhì)量最低的黑洞就會慢慢的失去質(zhì)量，最后完全蒸發(fā)！

所以，如果你想看到一個質(zhì)量更小的黑洞，這個好辦，說話間有些黑洞已經(jīng)消失了。以前還有一個微型黑洞的說法，下面了解下。

• 宇宙生來就有微型黑洞（量子黑洞）？

原始微型黑洞的概念可以追溯到20世紀70年代，這是一個非常好的想法，但是后來的事實證明這不可能。事情是這樣的，宇宙曾經(jīng)是一個熱的，密集的，均勻的，快速膨脹的狀態(tài)。如果一個很小的區(qū)域密度比平均密度高了68%，那么這個區(qū)域會自動坍縮成一個黑洞，如果宇宙一開始有很多這樣的小區(qū)域，我們可能會得到一個充滿微型黑洞的宇宙。

但事實上我們已經(jīng)測量了早期宇宙密度波動的大小，也就是微波輻射的波動，以及從最大尺度到最小可測量尺度，密度波動是如何隨尺度變化的。

最大的波動并沒有比平均水平高出68%，而是只比平均水平高出了0.003%，遠遠不足以形成一個原始黑洞。而且觀察的尺度越來越小，波動也會變得越來越小，所以微型黑洞是不可能的。

以上就是宇宙中最小黑洞的故事，從我們知道的黑洞到我們還沒有發(fā)現(xiàn)的黑洞，再到我們需要等待的黑洞！