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昨天晚上刷手机差点把自己绕晕,T618黑洞和银河系到底谁更大?

刷到一个天文科普帖,说天文学家最近又发现了一个超大质量黑洞,编号T618,评论区有人问“这个黑洞和咱们银河系哪个大”,底下吵成一片,有人说黑洞怎么能跟星系比,有人说超大质量黑洞的质量能顶几百亿个太阳,我看了半天也没搞明白,干脆自己查资料捋一捋,结果发现这个问题其实挺有意思的,关键在于我们得先搞清楚一件事——

比“大小”之前,得先知道比的是什么

这其实是我踩的第一个坑,我们平时说一个东西“大”,可能是说它占的地方大,也可能是说它分量重,一辆公交车比一颗铅球大很多,但铅球比公交车的一个轮子沉,这俩“大”不是一个概念,黑洞和星系比大小就更复杂了,因为它们俩是完全不同类型的“家伙”。

银河系是一个由几千亿颗恒星、星云、行星、暗物质组成的巨型旋转盘子,直径大约10万到18万光年,一光年是光跑一年的距离,大约9.46万亿公里,你拿计算器按按,这个数字后面跟的零多到显示器都撑不下,银河系中心也有一个超大质量黑洞,叫人马座A*,质量大约是太阳的430万倍,但它跟整个银河系比起来,就像故宫院子里的一颗黄豆——很重,但占地儿极小。

那T618黑洞又是什么来头?我查了查,这个编号来自钱德拉X射线天文台的深场巡天观测,T618属于早期宇宙中发现的一个超大质量黑洞候选体,红移值很高,意味着它存在于宇宙诞生后不到10亿年的时候,估算质量大约是太阳的1亿到几亿倍,具体数值不同研究给出的范围不太一样,但基本上是这个量级,你听这个数字可能觉得“哇好大”,但别急,咱还得接着往下捋。

把二者放在秤上称一称

既然要说清楚谁“大”,不如干脆拆开看,我整理了一下两种维度的对比:

  • 比质量:T618黑洞(约1亿-几亿倍太阳质量) vs 银河系(包含暗物质大约1万亿倍太阳质量)
  • 比空间尺度:T618黑洞的视界直径(大约几亿公里到几十亿公里) vs 银河系盘面直径(10万光年以上)

视界是黑洞的“表面”,一旦跨过去连光都跑不出来,几亿公里听着吓人吧?可一光年就等于差不多9.46万亿公里,拿计算器一除,T618黑洞的视界直径大概是光走十几分钟到几个小时的距离,而银河系呢?光从一头穿到另一头要走上10万年,这个差距可不是一点半点。

昨天晚上刷手机差点把自己绕晕,T618黑洞和银河系到底谁更大?

我再打个比方你就明白了,如果把T618黑洞的视界缩小成一粒芝麻那么大,按同等比例放缩,银河系的盘面得铺满整个北京市区,可能还得往外延伸一截,芝麻和一座城市,你站边上看看,谁大谁小一目了然。

比较维度 T618黑洞 银河系
质量 约1亿-几亿倍太阳质量 约1万亿倍太阳质量(含暗物质)
空间尺度 视界直径约几亿至几十亿公里 盘面直径约10万-18万光年
光穿过所需时间 几分钟到几小时 约10万年

质量上银河系也完胜,虽说T618黑洞的质量能达到银河系中心那个黑洞的几十上百倍,可银河系不只有中心黑洞,还有两千多亿颗恒星,以及海量的气体、尘埃和暗物质,根据动力学测量估算,银河系的总质量差不多是太阳的一万亿倍,1亿对1万亿,差了四个数量级,这仗根本没法打。

那为什么有人会觉得黑洞能比星系大?

说实话,我一开始也有这个错觉,因为平时看科普内容,动不动就说“超大质量黑洞”“质量是太阳的几百亿倍”,这种表述太容易让人觉得黑洞在体积上也大得离谱,实际上黑洞厉害在密度——它的质量集中在一个理论上体积为零的奇点附近,周围时空弯得厉害,引力强得离谱,但它确实不占多大地方。

另一个让人犯迷糊的点是,天文学家有时会说某些超大质量黑洞“比整个宿主星系还亮”,类星体就是这样,中心黑洞吸积物质时释放的能量能让整个星系黯然失色,但是两码事,一个手电筒贴脸照你,也比远处的探照灯刺眼得多。

昨天晚上刷手机差点把自己绕晕,T618黑洞和银河系到底谁更大?

还有一种情况是拿星系中心的黑洞和它所在的星系核球比质量,发现两者之间有个比例关系,比如黑洞质量大概是核球质量的千分之一左右,这个比例关系本身很迷人,它暗示黑洞和宿主星系是共同演化的,但这也说明黑洞质量通常远小于整个星系的质量。

岔开一句:为什么T618这种黑洞值得研究

虽然T618在“个头”上完全没法跟银河系比,但它在天文学家眼里可是个宝贝,早期宇宙里怎么这么快就长出了上亿倍太阳质量的黑洞,这事儿到现在还没完全搞明白,直接坍缩模型、种子黑洞快速吸积、还是密集星团里的恒星碰撞合并,好几种理论都在争,T618这样的高红移黑洞就像是宇宙婴儿时期的化石,研究它能帮我们理解星系中心那些“巨兽”是怎么一步步长大的。

我翻到一篇2020年发表在《天体物理学报》上的文章,研究者利用钱德拉深场数据对一批高红移AGN候选体进行了X射线分析,T618就在其中,作者提到光变特征和光谱能量分布都支持它是一个被严重遮挡的早期超大质量黑洞,这类源对于限制宇宙再电离时期黑洞的增长模型非常关键。

不过话说回来,这种“谁更大”的比较本身就有那么点关公战秦琼的味道,黑洞是一个致密天体,银河系是一个包含数千亿天体的庞大系统,把二者放在一起比体量,就跟问“一只蓝鲸和整个太平洋哪个大”差不多,蓝鲸是地球上最大的动物,放太平洋里照样只是一粒尘埃,T618黑洞即便在黑洞家族里算个大块头,搁银河系面前也只是个小不点。

查完这些资料已经凌晨一点多了,我关掉手机准备睡觉,脑子里突然冒出一个念头:人类能坐在床上用一块巴掌大的屏幕,搞清楚上百亿光年外一个黑洞和一个星系谁大谁小,这事儿本身好像也挺神奇的。

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