宇宙中為什么不可能存在55到130倍太陽(yáng)質(zhì)量黑洞?科學(xué)家:來(lái)打賭

科學(xué)家們?cè)谔剿魑粗澜绲倪^程中,有時(shí)碰到很燒腦的東西,往往會(huì)以打賭來(lái)臨時(shí)解決問題,比如已去世的著名理論物理學(xué)家霍金,即使坐在輪椅上也要賭。2017年,華沙大學(xué)天體物理學(xué)家克里斯·貝爾琴斯基和同事打了一個(gè)賭,賭注是100美元的葡萄酒,并立下字據(jù):宇宙中不可能存在55倍到130倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。
現(xiàn)在這個(gè)賭注可能要揭曉了,引力波探測(cè)器可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這種理論上不可能存在的黑洞。
這個(gè)打賭看起來(lái)確實(shí)有點(diǎn)反常。黑洞是引力坍縮形成的致密天體,只要壓力足夠強(qiáng)大,手指甲都可壓成黑洞,未來(lái)科技發(fā)達(dá)了,說(shuō)不定可以創(chuàng)新發(fā)明一種“黑洞葬”,把死去的人都?jí)嚎s成黑洞。從瞬間蒸發(fā)的微型黑洞,到幾百億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞,這些都應(yīng)該是宇宙中的常態(tài),為什么會(huì)單單缺少55到130倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞呢?

原來(lái)上世紀(jì)60年代,耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)巴卡特·扎爾曼等三位科學(xué)家指出,當(dāng)一顆瀕臨死亡的恒星質(zhì)量非常巨大時(shí),將不會(huì)在重力作用下坍縮成黑洞,而是發(fā)生不穩(wěn)定對(duì)超新星爆炸,瞬間被吹散在太空中,不會(huì)留下黑洞殘骸。這是因?yàn)橘|(zhì)量介于130到250倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星,其原子核和高能伽馬射線碰撞會(huì)產(chǎn)生自由電子和正電子對(duì),消弱了超巨星核心的壓力,導(dǎo)致恒星局部坍塌,點(diǎn)燃氧聚變?cè)斐墒Э氐臒岷吮?,把整個(gè)恒星徹底吹散。而根據(jù)此前的理論,這種恒星死亡后的核心會(huì)坍縮成55到130倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞,所以宇宙中應(yīng)該不會(huì)存在這個(gè)質(zhì)量范圍內(nèi)的黑洞。
貝爾琴斯基因而認(rèn)為目前世界上僅有的三臺(tái)引力波干涉儀——2臺(tái)LIGO及1臺(tái)Virgo,能探測(cè)到的黑洞質(zhì)量上限約為50倍太陽(yáng)質(zhì)量,并與同事打賭;后來(lái)又有幾位科學(xué)家加入進(jìn)來(lái),最終在阿斯彭物理學(xué)中心簽訂了六方賭約,輸?shù)囊环揭o每位贏家買100美元的葡萄酒。

然而黑洞形成的機(jī)制并不只有一種,在球狀星團(tuán)的內(nèi)部,有可能出現(xiàn)50倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和30倍的合并,形成的新黑洞再與另外的黑洞合并。雖然概率很小,但畢竟還是存在,而且引力波干涉儀可以探測(cè)到這種合并。目前已有7位科學(xué)家表示,他們聽說(shuō)4月份以來(lái)引力波干涉儀探測(cè)到的22起合并事件中,有一起涉及到一個(gè)100倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞,不過LIGO和Virgo團(tuán)隊(duì)還沒對(duì)此進(jìn)行確認(rèn)或否認(rèn)。
看來(lái)離科學(xué)家們打賭勝負(fù)的揭曉還有一段時(shí)間,但也不會(huì)太長(zhǎng)了了,因?yàn)橘€約上已注明,勝負(fù)限定在引力波干涉儀探測(cè)到的前100個(gè)引力波事件內(nèi)。目前,改進(jìn)后的引力波干涉儀據(jù)稱每周可探測(cè)到5到10次引力波事件,或許這一兩年內(nèi)我們就能知道宇宙中究竟有沒有55到130倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞存在了。你想賭一下嗎?請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論中留下你的意見,哦不,賭資!