超大质量黑洞的密度为何比水的密度还要低?

根据哈勃望远镜的长期观测,宇宙所有星系中心都存在一个超大质量黑洞。我们所在的银河系的中心就存在一个超大质量的黑洞。

银河系中心黑洞的质量为太阳的400万倍,其史瓦西半径大约为1200万千米,距离地球大约2.6万光年,对维持银河系的结构起着至关重要的作用,当然还有暗物质的功劳。

这究竟有多大呢?太阳的半径大约70万千米,也就是说银河系中心黑洞的半径大约是太阳半径的18倍。

黑洞是一种引力极强的天体,主要由事件视界与奇点构成。主流的科学观点认为奇点是一个没有体积的点,相当于几何中的点,因此奇点并没有密度,或者说密度无限大。

黑洞的质量可能大部分都集中于奇点,这一点类似于原子,原子中99%的质量都集中于原子核。如果一个原子有地球那么大,那么原子核就相当于一座海拔100多米的小山,两者之间的尺寸相差上万倍。

黑洞拥有强大的引力,对时空造成了很大的弯曲,以至于连光也逃逸不出来。目前人类只能观察到黑洞表面的吸盘盘,视界之内的情况一无所知。视界内可能由极度弯曲的时空组成,所有掉入黑洞的物质都坠入奇点了,黑洞的视界范围内也许就是空空荡荡的,什么物质也没有。

以视界半径来算,黑洞也是有体积的。以史瓦西黑洞(即那种没有自转、不带电荷的黑洞,我们称之为史瓦西黑洞)的半径为例,我们来计算一下银河系中心黑洞的平均密度。

太阳的质量为2×10^30千克,那么银河系中心黑洞的质量大约为8x10^36千克。经过计算,银河系中心黑洞的体积大约为7.2x10^21立方千米。

那么银河系中心黑洞的平均密度为1.1x10^15千克/立方千米,即1.1x10^6千克/立方米。大约是水的密度的1100倍。

其实科学家们研究发现,黑洞的质量越大,其密度越低。M87星系中心的黑洞,大约距离地球5500万光年,它的质量大约是太阳的65亿倍,经过计算发现,该黑洞的平均密度甚至比水还要低。是不是感觉很匪夷所思,可事实就是如此。

黑洞的平均密度之所以会那么低,是因为黑洞大部分是由空间构成的,因此黑洞的平均密度低得惊人。黑洞的质量越大,其密度越低,这是由于球体(非旋转黑洞的视界)的体积是与半径的立方成正比,黑洞的质量和半径虽呈线性增长,但体积却成倍增长,因此随着黑洞的质量逐渐变大,密度就会越来越小,密度的变化率显然更快。

一名自然科学爱好者,欢迎关注。您的点赞就是对我最大的支持。