宇宙最大的黑洞有多大?天文学家:质量约是太阳的660亿倍
宇宙中体积最大的天体正是黑洞。与行星或恒星不同,黑洞没有物理尺寸上限,理论上可以无限地增长。
但在现实中,要形成从极其微小到宇宙中最大的单一天体这样各不相同的黑洞,需要特定的条件与过程。

黑洞并不是普通意义上的"洞",而是一个引力极强的区域。
只要物质进入事件视界以内,连光也无法逃脱,因此外界无法直接看到黑洞内部,只能通过周围物质的运动、辐射和引力效应来推断它的存在。这一点决定了后文所提到的所有"最大""最小",都是基于间接推算的结果。
那么黑洞究竟是如何增长的?其中最大的一颗又有多大?

让我们从极其微小的尺度开始,首先是原初黑洞,这种最小的黑洞或许存在,或许不存在。
如果它们确实存在,那么它们可能是宇宙中最古老的天体,甚至比原子还要古老。它们会在大爆炸之后不久形成,那时宇宙充满了剧烈的能量,密度极高,任何比周围稍微致密一点的微小区域都可能坍缩成黑洞。
至今仍可能存在的最小原初黑洞质量大约为一万亿千克,相当于一座大山的重量,但体积却比一个质子还小。一个具有地球质量的原初黑洞,其大小也仅比一枚硬币略大。
这使得它们极难被发现,目前尚未真正观测到任何一颗。如果它们确实存在,那么它们甚至可能就是把星系维系在一起的神秘暗物质。

接下来讨论人们已经确认存在的黑洞类别——恒星级黑洞。要形成一个黑洞,需要将足够多的物质压缩到自身坍缩的程度。
之后,投入的质量越多,它就越大。在如今的宇宙中,只有最剧烈的宇宙事件才能创造出这种条件,例如中子星的合并,或大质量恒星核心在超新星爆发中的坍缩。
从整体分类上看,恒星级黑洞来自大质量恒星演化末期的坍缩,质量一般是太阳的数倍到几十倍;而在星系中心还普遍存在着超大质量黑洞,它们的质量可以达到太阳的数百万倍、数十亿倍,甚至更高。

这两类黑洞之间还存在中等质量的过渡区间,但目前观测证据相对稀少。为便于比较,可以使用太阳质量作为单位,约为二百万亿亿亿千克。
目前已知最小的黑洞质量约为太阳的2.7倍,直径约16公里,足以覆盖巴黎。另一颗轻量级黑洞是红巨星V723 Mon的伴星。
这颗恒星的体积是太阳的24倍,直径达三千万公里。然而它却被一颗宽度仅17.2公里的小黑洞牵引着运动。

这颗欺负恒星的小家伙实在太小,两者的比例甚至难以直观展示。
已知最大的恒星级黑洞之一是M33 X-7,它目前正一点一点地吞噬一颗70倍太阳质量的蓝巨星。被夺走的物质像水流入下水道那样螺旋进入黑洞时,摩擦使其温度升至极高,亮度可达太阳的50万倍。
即便如此,X-7的质量"仅为"15.65个太阳质量,宽度92公里,大小刚好足以在科西嘉岛上投下阴影。要变得更大,黑洞要么吞食大量恒星,要么更有效地相互合并。

当黑洞聚集在星系中心,通过持续吸积和彼此并合,就会一步步跃升到超大质量的量级。
银河系中心的人马座A*就是这样一颗典型的超大质量黑洞,质量约为太阳的四百万倍,虽然规模已经远超任何一颗恒星级黑洞,但在真正的"巨物"面前,它仍然只是一个中等尺寸的样本。更极端的情况出现在遥远星系的核心。
有些超大质量黑洞增长得如此之多,已经达到数百亿倍太阳质量,其引力驱动着"类星体"——一种亮度超过数千个星系全部恒星的吸积盘。它们如此庞大,理应拥有自己的名号,即极超大质量黑洞。

位于OJ 287星系中心的极超大质量黑洞质量为180亿倍太阳质量。它如此之大,以至于有一颗几乎比人马座A*大近40倍的超大质量黑洞正在围绕它公转。
这样的天体挑战想象,难以与任何事物类比,其体内可以并排容纳三个太阳系。最后来到王中之王——TON 618。
这颗黑洞可被观测到正在吞噬相当于整个星系的物质,亮度相当于一百万亿颗恒星,在180亿光年之外仍清晰可见。它的质量高达660亿倍太阳,光线在穿越视界之后还需要一周时间才能抵达奇点。

约有11个太阳系可以并排放入其中,它很可能就是宇宙中最大的单一天体。
而实际上它可能还要更大,因为TON 618距离地球极远,如今观测到的只是它100亿年前的样子。无论如何,黑洞既可怕又神秘,还极为巨大。
在其他一切消亡之后,它们仍将存在,并且越长越大。在此有必要谈及一段"谎言背后"的内容——关于本文中所必需的一些不够精确之处的幕后说明,因为像交换卡片那样对黑洞进行排名,实际上并不真的可行。

原因在于,尽管人类已经编录了数以百万计的恒星,但真正拥有良好观测数据的黑洞只有寥寥数十颗。这是因为对黑洞的观测研究直到50年前才开始出现,严格来说至今也仍未真正实现,因为黑洞本身并不可见。
研究者只能通过黑洞对周围物质的引力效应来推断其性质,例如靠近它的恒星的运动轨道。这种效应取决于黑洞的质量,可以用开普勒定律在最基本的层面进行估算,但由此得出的结果带有巨大的不确定性与误差范围。
接下来还需将质量换算为尺寸,这又引入新的不确定性。例如,从质量推算半径时使用了史瓦西方程,为便于计算,该方程假设黑洞是完美球形且不自转的,而这种黑洞实际上并不存在。

在这样的尺度上,物理规律本就有些模糊。因此本文所提到的一些黑洞可能比所述的小得多,也可能大得多,人们并不能确切知晓。
为绕开这一难题,研究者比较了不同来源的数据,采用不同的质量计算方式,最终整理出一份标准化列表,力求做到在人力所及范围内尽可能精确。
也正因如此,"最大黑洞"从来就不是一个永远固定的称号。随着观测数据不断更新、估算方法逐步改进,以及新目标被陆续发现,最大质量纪录也可能被反复刷新。

综上所述,从质量仅相当于一座山却小如质子的原初黑洞,到宽度不足二十公里却牵引恒星运动的恒星级黑洞,再到质量以亿计的极超大质量黑洞,宇宙给出了跨越几十个数量级的尺度光谱。
TON 618以约660亿倍太阳质量暂居榜首,它同时也是理解宇宙极限的一把钥匙。需要提醒的是,任何一次质量数字的跃升,都建立在对光、引力和轨道运动的间接推算之上,误差并不小。
因此更稳妥的说法是,TON 618这类极端类星体黑洞属于已知宇宙中最庞大的黑洞候选者之一,而非绝对意义上的终极答案。

真正令人震撼的,或许并不是某一颗黑洞的具体数字,而是黑洞这一族群本身所展现出的近乎无限的增长潜力。
当所有恒星熄灭、所有星系飘散之后,它们仍会静静地存在于时空深处,慢慢吞噬,缓缓生长。
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