星系中心的超大质量黑洞咋来的

我们都知道小质量黑洞怎么来的，8倍太阳质量以上的恒星死亡后都会演化为较小质量的黑洞，但是例如我们银河系中心400万个太阳质量、M87星系中心65亿个太阳质量的黑洞怎么来的？有这么大的恒星能通过超新星演化出这么大的黑洞吗？显然不可能！

所以我们今天就了解下宇宙早期的超大质量黑洞演化过程，它咋来的！

先了解下我们银河系的超大质量黑洞是怎样被发现的

银河是夜空中光明与黑暗的交织，它包含了我们所能看到的所有恒星，从年轻到古老，有大有小，颜色各异，中间夹杂着昏暗的气体云，绵延数十万光年，而我们就是其中的一份子！

但是在我们星系的中心，在核心的深处，包含着一个与众不同的天体。

由于中性气体和尘埃的阻挡，星系的中心在可见光谱中完全看不见，所以我们只能在太空中通过非常特定的波长，才能成功地观察到星系中心的情况。

当我们真正看到星系的中心时，又会注意到一个特殊的区域从附近其他区域中脱颖而出，它略显不同！

上图就是一些银河系中心观测结果，分别是：斯皮策望远镜红外线观测结果、哈勃的近红外线结果、钱德拉x射线结果！

黄色小框中明亮的地方，是银河系最内部，最中心的区域，可以看出在每个波长上它都比其他地方更加明亮。

如果我们用最高分辨率的无线电望远镜，继续往里面看，我们会发现什么？

很明显，成千上万颗恒星挤在一个空间区域里，一片混乱，啥也看不到。

那我们继续放大，在年轻、炽热的恒星之间，在人马座A*这个非常小、非常特殊的位置上，有一个明亮的射电源。

下图：

注意上图中黄色箭头标识的区域，在照片中前景恒星的衬托下，是不是显的十分微小！这也没啥特殊的。

但是周围的恒星正以非常惊人的速度绕着这个位置中的某个物体旋转，根据万有引力定律，这个物体的质量至少是太阳质量的400万倍。

这么大？这个玩意是啥？我想你应该猜到了！

而且这个物体还不发光，现在知道这是什么了吧！这就是为什么我们知道我们的星系中心有一个超大质量黑洞。

事实上每个星系都有一个，星系越大，中心的黑洞就越大。

但是我们银河系中心位置不止这一个最大的黑洞，周围应该还有中型、小型黑洞，因为这里的恒星杂乱无章，运动的毫无章法可言。

超大质量黑洞在大多数时间都处于休眠状态，或者不活跃，因此，就像银河系这种黑洞一样，很难被探测到。

（这也是我们为什么要观测M87星系的黑洞，因为M87黑洞有66亿个太阳质量，异常活跃！）

但是用我们用钱德拉x射线望远镜深入宇宙，我们能够看到宇宙中至少有3亿个活跃的超级大质量黑洞。

所以有一件事就特别奇怪，在宇宙的早期阶段，那时最早的超大质量黑洞比我们想象的要大得多。

那么为什么这些超大质量黑洞在宇宙早期就会形成，为什么它们的质量增长的如此迅速快?

宇宙早期原料很丰富，我们来看下早期形成的超大质量恒星

我们知道超新星爆发时，要么留下中子星、要么就是黑洞，但是留下的只是一个质量为太阳质量几倍、几十倍的黑洞。

你应该没听说过一个超新星爆发后留下一个几百万、甚至几十亿个太阳质量的黑洞吧！那这个原始恒星应该大到无法想象。

也许我们只说过的最大的超新星产生了一个20到30倍太阳质量的黑洞，这个可以理解。

但这很难解释为什么宇宙中有数百万个或数十亿个太阳质量的黑洞。

要理解这些超级黑洞是怎样产生的，我们就需要回到宇宙的早期阶段：在我们的太阳系存在之前，在大星系团合并和形成之前，在几代恒星生存和死亡之前，甚至在最初的气体云和尘埃坍缩形成恒星之前。

那么这是什么时候？对！就是俗称的黑暗时期！

这时的宇宙相对均匀、密度最大的区域开始收缩...

最终，氢和氦在某个地方达到了足够高的密度，点燃了宇宙中的第一次核聚变，也引发了恒星的相继诞生。

我们要知道这时的宇宙中，氢和氦的总量大约是10^23个太阳质量，原始材料极为丰富！而每一个不同的区域形成的第一个恒星质量，从几百万个太阳质量到几十万个太阳质量不等！都是一些巨大的怪物！

等这些超级恒星形成以后，而剩下的残羹剩饭就像我们目前宇宙所有的恒星形成区域一样，宇宙将会继续形成各种各样的恒星。

这时形成的大多数恒星寿命较长、亮度较暗、质量较低。

超大质量恒星的不同命运

那些质量最大、最热、最亮、最蓝、寿命最短的恒星，会出现3种命运：

Q1、一部分大质量恒星将在其核心形成重元素 最终形成行星，最终成为超新星 丰富宇宙，核心坍缩形成较小的黑洞，也就是我们目前最熟悉的黑洞诞生的过程！

Q2、那些质量超过太130个太阳质量的极端恒星，脾气就更加暴躁了。

这些恒星的内部能量非常高，产生的光子并不会直接辐射出来，而是像宇宙早期一样，光子在超高的能量下形成了正反物质对，而正反物质对拥有较低的运动速度，给恒星的内部带来了一定的不稳定性，不能提供正常的辐射压力，最终恒星在没有燃烧完燃料时，整个恒星所有的物质就会快速向内塌缩，导致失控的核聚变，从而将整个恒星摧毁，但是这时大多数恒星的物质都会坍缩成为黑洞。

当然，这个过程并不能帮助创造一个超大质量的黑洞。

Q3、事实是，以上的情况只适用于质量大于130个太阳质量，小于250个太阳质量的恒星。

如果恒星的质量比250个太阳质量还要大，在恒星的内部就会开始产生能量巨大的伽马射线，这些伽马射线会把之前生成的重原子核电离成轻元素 氦和氢，从而使得恒星内部冷却。

在一颗质量超过250个太阳质量的恒星中，它会完全坍缩成一个黑洞。

260个太阳质量的恒星会产生一个260个太阳质量的黑洞，1000个太阳质量的恒星会产生一个1000个太阳质量的黑洞，等等。

现在的问题是，这些恒星制造的黑洞单个质量还是不够目前的要求！但是只要量多这事就好办？因为黑洞可以通过吸积附近的恒星、互相合并慢慢长大！

狼蛛星云，宇宙早期星系演化、超大质量黑洞形成的缩影

那么宇宙能否在一片区域内大量制造了这些恒星使它们能够成长为早期超大质量黑洞？为了回答这个问题，我们将目光转向局部星系群中最大的恒星形成区域：位于大麦哲伦星系中的狼蛛星云。

看看宇宙有没有这个能力！

狼蛛星云的空间区域跨度近1000光年，中心是巨大的恒星形成区域R136，包含了大约45万个太阳质量的新恒星。

整个星系十分活跃，并且不断地形成新的大质量恒星。

对于宇宙早期的星云来说这个真的是小儿科，但是这也是早期的一个缩影！我们继续往下看：

如此活跃地星云，也理所当然的创造了离我们最近的超新星SN 1987a！它位于狼蛛星云的外围。

在R136的中心地区，充满了炽热明亮的蓝色恒星。

我们可以看到，在众多蓝色的恒星的旁边有一颗另类的红色恒星。

它很有可能成为我们夜空中的下一个超新星！

但是即使它形成了一个黑洞，也不会形成一个非常大的黑洞。

我们需要在这寻找一个质量超过太阳250倍的恒星。

在狼蛛星云中其实就有一个：

人类已知的最大恒星：R136a1，有265个太阳质量，可是R136a1并不会坍缩成一个265个太阳质量的黑洞！因为它的核心在形成时就已经有了大量的重元素，但在早期宇宙中，没有重元素的存在，所有超过这个质量阈值的恒星将简单地转换成黑洞!

总结：超大质量黑洞和星系的形成是一个不断融合、吸积、演化的过程

我们知道星系是在早期宇宙中形成的，由于坍缩恒星形成区域的快速合并和增长，这些早期形成的大小黑洞将会彼此融合，不断膨胀，在所有物质的中心形成越来越大的黑洞，这样宇宙的第一个大星系就形成了。

假如每50万个太阳质量的恒星只能得到一个250个太阳质量的黑洞，这意味着一个星系的中心要有1亿-2亿个太阳质量的黑洞，就需要大约20-4000亿个太阳质量的恒星！那么你觉着作对宇宙的早期是一件难事吗？

孩子问黑洞是什么？这本《跟着霍金看宇宙》真的能讲明白

你有没有过这种经历——忙完一天刚想歇口气，孩子突然凑过来问一句："妈妈，黑洞真的能把东西吸进去吗？宇宙到底有多大呀？太阳为什么会发光？" 我每次被问到这类问题，都是一脸懵。

说实话，我自己上学那会儿物理就没学明白，时间、空间、引力这些概念，脑子里只剩一团浆糊。

想给孩子讲几句吧，又怕讲错了、误人子弟；不讲吧，又不想打击孩子的好奇心。

尤其现在孩子上了小学中高年级，对科学的好奇心正是最旺盛的时候。

每天追着问"为什么"，那股劲儿其实特别珍贵。

可咱们当家长的，确实不是万能的百科全书，很多科普知识自己都搞不清楚，更别说用孩子能听懂的话讲出来了。

我一开始也想给孩子买书，结果在书店翻了半天，越翻越没底。

那些宇宙科普书，要么是密密麻麻的专业术语，孩子翻两页就没了兴趣；要么图倒是漂亮，讲得却浮于表面，读完啥也没记住。

后来一个当老师的朋友给我推荐了一本《跟着霍金看宇宙》，我拿到手自己先翻了一遍，还真被惊艳到了。

这本书最大的好处，就是它真的站在孩子的认知水平上去讲宇宙，一点不端着。

先说它怎么讲黑洞。

书里没有上来就甩一堆公式，而是从霍金爷爷是怎么发现黑洞、怎么理解黑洞讲起，用特别形象的比喻，让孩子能"看见"黑洞在做什么。

我家孩子看完竟然主动跟我讲"黑洞就像宇宙里的贪吃怪"，虽然不太准确，但那股理解和记忆的劲儿，可比死记硬背强太多了。

再说时间旅行这个更抽象的话题。

很多成年人一听都觉得玄乎，但这本书把它讲得特别接地气。

孩子看完恍然大悟，还跟我说"原来时间也会被引力拉慢呀"。

这种孩子能亲口讲出来的理解，正是我最看重的。

我觉得这本书特别适合几类孩子。

一种是那种天生爱问"为什么"、对天文特别感兴趣的孩子，能给他们一个很扎实的入门；另一种是平时不太爱看书、觉得科学枯燥的孩子，这本书的讲述方式能让他们重新觉得"原来科学这么有意思"；还有一种就是咱们这些想陪孩子一起读、却自己也不太懂的家长，带着孩子一起看，正好补补课，还能顺便聊聊天。

书里的插图也很用心，结构清晰，读起来完全不费劲。

我家孩子现在每天睡前都要主动翻几页，还经常跑来给我"讲课"。

这种亲子共读的时光，可比看平板刷手机有意义多了。

而且这本书的定价也很实在，几十块钱就能给孩子打开一扇望向宇宙的窗，让孩子知道霍金爷爷那些听起来高深的理论，其实离我们并不遥远。

如果你也在为孩子选一本靠谱的宇宙科普入门书，或者发愁怎么跟孩子聊"时间""空间""黑洞"这些话题，我真的挺推荐这一本的。

能让孩子主动读、读得懂、还愿意开口讲的科普书，说实话真不多见。

趁着孩子对宇宙的好奇心正热乎，早一点给他一本合适的读物，早点点燃那颗探索的小火苗，说不定就种下了他未来仰望星空的种子呢。

这本书我自己翻过一遍，之所以敢放心推荐，还有一个很重要的原因——它讲科学，却不只是把知识倒给孩子，而是带着一种"陪孩子一起好奇"的温度。

霍金爷爷那套关于宇宙的想法，在书里被讲得既严谨又好懂，孩子读着不觉得吃力，家长陪着读也不觉得枯燥。

很多家长会纠结，孩子这么小，看这种书是不是太早了？其实恰恰相反，越早接触，越能在孩子心里种下对科学的好感。

等将来上了中学真正学物理的时候，孩子想起小时候读过的这本书，那些抽象的概念就会变得亲切起来，学起来也更省力。

如果要说一点小小的不足，那就是这本书需要家长稍微陪读几页，帮孩子把节奏带起来。

不过一旦孩子自己入了迷，后面你就会发现他根本停不下来了，天天追着你讨论外星人存不存在、宇宙有没有尽头。

总的来说，一本能让孩子主动去翻、读得懂又愿意开口讲的宇宙科普书，真的很难得。

如果你也想让孩子在这个好奇心爆棚的年纪，接触一点真正有意思、也有营养的知识，这本《跟着霍金看宇宙》是个非常不错的开始。

趁孩子这份好奇心还在，早一点把这本书带回家，说不定哪一天，他抬起头看星空的眼神，就不一样了。

竟然对折宇宙！虫洞居然连接星系，由此触摸另一个星系的春天

深邃的宇宙背景之上，一幅关于时空终极奥秘的蓝图被徐徐展开，顶部的发问“虫洞能否连接两个星系？”直击人类探索深空的核心渴望。

这幅由“Science Of Infinity”呈现的科幻科普视觉图，以经典的“爱因斯坦-罗森桥”概念为骨架，将抽象的广义相对论具象化为一场跨越星海的视觉奇观。

画面上下各悬浮着一个壮丽的旋涡星系，标注为“星系1”与“星系2”，它们并非孤立存在，而是被一种超越常规物理距离的神秘结构紧密相连，瞬间将观者拉入星际穿越的宏大叙事之中。

时空的舞台由蓝色的网格线勾勒，这便是“时空结构”的具象表达。

在常规认知中，时空是平滑的织物，但图中它因极端质量而剧烈弯曲，形成一条漏斗状的捷径。

上方星系的核心处，一个散发着炽热橙红色光晕的黑洞作为“入口点”出现，其强大的引力场吞噬着周围一切，成为这条宇宙隧道的起点。

时空网格在此处急剧下陷，顺势延伸至画面中央，那里幽蓝与紫光交织的狭窄通道正是“虫洞”本身，它像一座桥梁穿透了时空的褶皱，理论上为跨越光年尺度的航行提供了可能，让原本遥不可及的两个遥远星系拥有了瞬间连通的契机。

穿过虫洞的奇点，时空结构在下方再次舒展，迎接旅者的是标注为“白洞”的出口点。

与黑洞的吞噬截然相反，白洞喷射出耀眼的蓝白色光芒，仿佛将物质与能量从另一端点强制释放，完成这场穿越的终章。

从星系1的黑洞入口，经由扭曲的时空咽喉，再到星系2的白洞出口，整个结构呈现出一种对称而诡谲的美感。

它生动地隐喻了宇宙中可能存在的“拓扑捷径”，即无需在三维空间中航行亿万光年，而是直接弯曲并穿透四维时空，实现超距连接。

尽管这幅图像充满视觉震撼与科学美感，它本质上仍是对理论物理的艺术化演绎。

现实中，虫洞的稳定性、负能量物质的存在以及穿越其中的物理极限，仍是未解之谜。

然而，正是这种科学与想象的碰撞，赋予了画面无穷的吸引力。

它不仅是一张图解，更是一首关于宇宙探索的史诗，激发着我们对星辰大海的无尽遐想，提醒着在人类认知的边界之外，或许正有无数这样的时空隧道，默默串联着宇宙最深处的秘密。