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物理定律下,能否存在尺寸达比邻星/半人马座αA与太阳间距的黑洞?

关于超大尺寸黑洞的两个问题解答

让我分两个问题给你拆解清楚:

1. 是否存在尺寸与任意两颗相邻恒星间距相当的黑洞?

咱们先明确:黑洞的“尺寸”一般指史瓦西半径(事件视界的半径),计算公式是 R_s = 2GM/c²,其中G是引力常数,M是黑洞质量,c是光速。

先拿你提到的比邻星到太阳的距离(约40万亿公里,也就是4.22光年)来算:如果一个黑洞的史瓦西半径等于这个距离,那它的质量大概是多少?代入数值计算的话,这个质量约为2.7×1043千克——这比整个银河系的总质量(约1.5×1042千克)还要大18倍左右!

目前人类观测到的最大黑洞是TON 618,质量约为660亿倍太阳质量,对应的史瓦西半径大概是198亿公里,换算成光年才约0.0021光年,远小于恒星间的典型间距(比如太阳到比邻星的4.22光年)。

所以结论是:目前观测中不存在这样的黑洞,因为所需质量远超已知宇宙中任何单个黑洞的质量,甚至比整个银河系还大。

2. 依据物理定律,是否允许存在尺寸达到比邻星/半人马座αA与太阳间距的黑洞?

从物理定律(尤其是广义相对论)的角度来说,完全允许

广义相对论对黑洞的形成只要求一个核心条件:足够多的质量被压缩到它的史瓦西半径以内。不管质量多大,只要满足这个条件,就能形成对应的黑洞——哪怕这个史瓦西半径大到和恒星间距相当,甚至更大。

刚才算的那个“4.22光年史瓦西半径”的黑洞,质量虽然大,但远小于可观测宇宙的总质量(约1.5×10^53千克),所以从理论上来说,只要有足够的物质能聚集到一起并坍缩,就可以形成这样的黑洞。只是在现实的宇宙演化中,目前还没有观测到如此巨大的黑洞——毕竟宇宙的年龄只有138亿年,黑洞通过吸积和合并成长到这么大需要极其充足的物质供应和足够长的时间,目前还没有发现符合条件的天体。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者aurelius

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