德阳吧解读宇宙中最小的黑洞，没有最小只有更小！
在绚丽的宇宙舞台上，星河璀璨，充满了各种奇异而神秘的天体。除了那些耀眼的星辰、梦幻般的星云，以及行星等我们肉眼可见的星体外，还有些深藏不露的物质形态。我们现在谈论的不是那些难以用肉眼察觉的冷凝气体和尘粒，也非那些黯淡无光的褐矮星，而是一个大家耳熟能详的奇观——黑洞。
在先前的篇幅中，我们曾探讨过质量堪比整个宇宙的超级黑洞，在类星体TON618的心脏，我们发现了一个巨无霸——质量高达660亿个太阳的黑洞。那么，在这片广阔的宇宙海洋中，是否也存在着最微小的黑洞呢？它的分量又如何？
如何测量星系中的黑洞质量？
我们对黑洞的探索，已经从纯理论层面跨越到了实际观测。不久前，我们尚只能在纸上谈兵地讨论黑洞，而如今，我们已经能够捕捉到M87星系中心黑洞的身影。这个黑洞的质量，高达65亿个太阳的质量！那么，在我们自己的银河系中，又如何呢？
当我们将世界上最大的射电望远镜对准位于银河系核心的“暗影”尘土飞扬的区域时，所见之景如上图所示。在人马座A*，这个狭小而特殊的空间里，潜藏着一个光亮的射电源。看似平淡无奇，但仔细观察会发现，周边的恒星正以极高的速度围绕此点进行旋转，根据它们运行的轨迹，我们借助万有引力定律不难推算出，这个核心物体的质量达到了400万个太阳的质量，并且它不发光。这不仅证明了我们银河系中心存在一个超大质量的黑洞，也揭示了我们如何确定黑洞的质量。
曾经有朋友问起，是否每个星系中心都藏匿着黑洞？实际上，我们目前有充分的理由相信，大多数星系的核心都盘踞着超大质量的黑洞，其中许多的质量都远超我们银河系中心的庞然大物。上文中提到的660亿倍太阳质量的黑洞，肯定不是宇宙的极限。
据估计，目前已知的最大星系IC 1101中的黑洞尚未得到确认，其质量可能在400亿到1000亿倍太阳质量之间！
目前，超大质量黑洞被认为是由数百万个古老的大质量恒星的残骸融合而成。
那么，一个普通的黑洞，是如何形成的？
当我们凝视一颗年轻的星团时，那些体积最大、质量最高、光度最亮的恒星总是最抢眼的。人们可能会本能地认为，这些体积和质量巨大的恒星，因为燃料充足，寿命会更长。然而，直觉往往会误导我们。
像O型和B型的大质量恒星，它们的质量是太阳的几十倍甚至数百倍。但它们的燃料消耗速度极快，在数百万年甚至数十万年的时间内，它们的核心燃料就会耗尽。而我们的太阳，预计可以燃烧120亿年左右，这其中的差距显而易见！在大质量恒星生命的终点，它们往往会以II型超新星的形式爆炸，核心则会塌缩成中子星或黑洞。
在整个恒星的生命过程中，引力不断压缩它，试图将其摧毁。而发生在恒星核心的核聚变，产生的辐射压力则与引力抗衡，维持恒星的稳定。一旦核心的核聚变停止，引力便会占据上风，导致核心塌缩。此时，原子间的简并压（即泡利不相容原理）成了抵抗引力的力量。
对于类太阳恒星（甚至是质量达到太阳四倍的恒星）来说，当核聚变终止时，它们的核心会收缩至地球大小，形成一颗白矮星。但它们不会进一步缩小，此时，是原子支撑起了整个恒星。
然而，电子间的简并压力并非牢不可破。一颗质量超过太阳四倍的恒星，在超新星爆炸中，其核心会塌缩至原子级别，然后将原子“压碎”，将电子推入原子核并与质子结合，形成一个由中子主导的天体，即中子星。
中子星的质量与太阳相当，但体积却只有几公里直径。随着恒星核心质量的差异，遗留下的中子星质量也会有所不同。如果中子星的质量超过了太阳的三倍，中子就会被引力所屈服，被压缩成体积无限小、空间曲率无限大的天体——黑洞。
那么，已知的最小黑洞是什么？
IGR J17091-3624：这是一个双星系统中的黑洞，我们能够探测到它，是因为该系统产生了强烈的恒星风。黑洞并不是直接吸入物质，而是从伴星吸积物质，并将大约95%的物质喷射进星际介质。这是一个低质量黑洞，质量约为太阳的3到10倍。
GRO J0422+32：这也是一个双星系统，距离地球仅8500光年。有的团队认为它是一颗中子星，质量约为太阳的2.2倍；也有人认为它的质量接近太阳的四倍。目前尚未有定论。
XTE J1650-500：最初官方宣称其质量为3.8个太阳，后来经过重新评估，质量接近太阳的五倍。这也是一个双星系统，黑洞稳定地从吸积盘发射X射线。通常，科学家根据黑洞周围发出的辐射与黑洞质量的关系来确定遥远黑洞的质量。
无论是2.5倍、2.7倍、3.0倍还是3.2倍太阳质量，对于黑洞来说，质量已经非常小。你可能会认为这是黑洞可能存在的最小质量。但实际上，还有三种可能性！
总结来说，就黑洞而言，没有最小只有更小。
中子星-中子星合并！
两个中子星的合并过程会创造出宇宙中大多数重元素，如黄金。在宇宙中，中子星的数量远超黑洞。尽管两颗中子星的碰撞相对罕见，在每个星系中大约每10000到10万年发生一次，但考虑到宇宙已有138亿年的历史，拥有近1万亿个星系，中子星的合并在宇宙中是相当普遍的。
很可能，当两颗中子星相撞时，即使它们的质量没有超过形成黑洞的门槛，也有可能在超新星爆发后留下一个黑洞。据估计，在我们银河系中已经发生了大约10万到100万次中子星合并。因此，我们有希望在银河系内部找到一个约2倍太阳质量的黑洞。
此外，黑洞会随时间流失质量！
由于量子波动存在于真空中，无论是在黑洞内部、外部还是在视界上，都会出现粒子-反粒子的波动，这些粒子在真空中短暂出现随即消失，以保持能量守恒。如果有一个虚粒子波动落入黑洞，另一个粒子会带走能量，变成实粒子逃逸。尽管这一过程极其缓慢，但黑洞还是会因霍金辐射而缓慢蒸发。
我们得知，这种辐射并非来自黑洞喷射的粒子或反粒子流，而是来自一些能量极低、几乎恒定的黑体辐射通量。
在漫长的时间尺度上，比如10的68次方或10的69次方年，一些质量最低的黑洞会逐渐失去质量，最终彻底蒸发。
因此，如果你在寻找一个质量更小的黑洞，这个愿望很容易实现，因为有些黑洞已经在消失的过程中。过去，人们曾设想过微型黑洞（量子黑洞）的存在。接下来，让我们探讨一下。
宇宙可能诞生时就存在微型黑洞？
微型黑洞的概念可以追溯到20世纪70年代，这是一个富有创意的想法，但事实证明这不可能发生。事情是这样的：宇宙原本是一个炽热、密集、均匀且快速膨胀的状态。如果一个极小区域的密度比平均密度高出68%，那么这个区域会自然坍缩成一个黑洞。如果宇宙一开始就有许多这样的小区域，我们可能会得到一个充满微型黑洞的宇宙。
但通过测量早期宇宙的密度波动，即微波辐射的波动，以及密度波动如何随尺度变化，我们发现最大的波动并没有高出平均水平68%，而只比平均水平高出0.003%。随着观察尺度的缩小，波动也随之变小，所以微型黑洞是不可能存在的。
以上就是关于宇宙中最小黑洞的故事，从已知的黑洞到尚未发现的黑洞，再到那些需要我们等待的黑洞！
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