對室女座M87星系中心超級黑洞的觀測數(shù)據(jù)的探究

左茂雄

摘要：本文運(yùn)用兩種方法計算了該超級黑洞的平均密度，通過比較初步確定了超級黑洞的史瓦西半徑明顯大于其真實(shí)半徑，并且指出誤差存在的根本原因，預(yù)言了大尺度天文觀察數(shù)據(jù)的處理方向，基本建構(gòu)了黑洞形成機(jī)理。

關(guān)鍵詞：超級黑洞;史瓦西半徑;黑洞密度;大尺度天文觀察;黑洞形成機(jī)理

0 引言

法國天文學(xué)家查爾斯·梅西耶于1781年發(fā)現(xiàn)M87星系，M87星系黑洞是位于M87星系中心的巨大黑洞，科學(xué)家是利用位于夏威夷莫納克亞的8.1米的弗雷德里克C吉列雙子座望遠(yuǎn)鏡在夏威夷于2009年發(fā)現(xiàn)這個巨大黑洞的，它距離太陽系約5500萬光年。其體積巨大，是太陽的680萬倍，足以吞噬整個太陽系。研究學(xué)者認(rèn)為過去某段時間里，幾百個小黑洞融合一體形成了這個巨大黑洞。相比而言，銀河系中心的黑洞只有這個M87黑洞的千分之一大小。

北京時間2019年4月10日晚9時許，包括中國在內(nèi)，全球多地天文學(xué)家同步公布了黑洞“真容”。該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。

1 黑洞平均密度公式

我們?nèi)‰x開黑洞中心處引力勢能為零，有黑洞邊緣處引力勢能，設(shè)在黑洞邊緣的高速粒子以第二宇宙速度脫離黑洞剛好到達(dá)處，且末速度趨近于0。由機(jī)械能守恒有，即，解出。對于黑洞，幾乎連光子也很難逃出其引力約束，設(shè)，而黑洞吞噬恒星時要放出射線。令，解出黑洞史瓦西半徑;再代入密度公式就得出黑洞平均密度公式。

2 超級黑洞平均密度的兩種計算方法

2.1 第一種方法

對于該室女座M87星系中心的超級黑洞，如果我們按照公布的觀測數(shù)據(jù)：黑洞質(zhì)量是65億個太陽質(zhì)量，根據(jù)黑洞平均密度公式，取太陽質(zhì)量=，，，，。實(shí)際計算得出其平均密度僅為，比地表空氣的密度都小，當(dāng)然明顯小于太陽密度，并非是媒體鼓吹的其密度相當(dāng)于太陽密度的955.9倍那樣。

從這個意義上說超級黑洞可能并不神秘。作者最初完全不能理解媒體中所說的該黑洞是65億個太陽質(zhì)量，680萬個太陽體積自相矛盾的說法。該黑洞密度僅僅相當(dāng)于普通中子星密度的68億億分之一。

2.2 第二種方法

3 兩種黑洞平均密度計算方法的比較

兩個關(guān)于黑洞平均密度數(shù)據(jù)相差太大，一個是，一個是。上述兩種方法計算出的黑洞密度數(shù)據(jù)竟然相差約308萬倍。

4 初步結(jié)論

事實(shí)上我們用第一種方法計算出的史瓦西半徑對應(yīng)的為黑洞的臨界密度，史瓦西半徑是黑洞的觀察半徑，因此黑洞真實(shí)半徑會小得多，推斷該黑洞實(shí)際密度為后者。否則就是觀察數(shù)據(jù)明顯出錯，但是先后約200個科學(xué)家連續(xù)觀察該超級黑洞近10年了，我們可以完全排除觀察數(shù)據(jù)出錯的可能性，也許這種約308萬倍的數(shù)據(jù)誤差可能會催生新的天體物理理論出來。

5 進(jìn)一步探究

5.1 M87星系的遠(yuǎn)離速率

由哈勃定律，哈勃常數(shù)，M87相對于地球的觀察距離，

經(jīng)過計算得出M87星系的遠(yuǎn)離速率

根據(jù)周堅紅移定律，在不考慮距離紅移時室女座的M87星系的遠(yuǎn)離速率為。這都與觀察到的M87星系約1000km/s的遠(yuǎn)離速率接近。而該遠(yuǎn)離速率遠(yuǎn)小于真空光速，這說明M87星系遠(yuǎn)離的相對論效應(yīng)很不顯著。

5.2 第一種假定

我們忽略其相對論效應(yīng)，并且假定M87星系靜態(tài)，其中心超級黑洞也視為靜態(tài)。由球體積公式和上述兩種明顯不同的黑洞密度結(jié)算結(jié)果誤差約308萬倍推斷得出：該超級黑洞的真實(shí)半徑大約是其史瓦西半徑的0.687%。這與預(yù)期相差太大。

5.3 第二種假定

由愛因斯坦狹義相對論的質(zhì)速公式，基于上述兩種明顯不同的黑洞密度計算結(jié)果誤差約308萬倍，可以推斷得出：

我們幾乎可以確定M87星系中心的超級黑洞無限逼近光速在高速自旋，導(dǎo)致其運(yùn)動質(zhì)量明顯增加為其靜止質(zhì)量的約308萬倍。并且在自旋平面內(nèi)有極強(qiáng)的等離子環(huán)流，導(dǎo)致在其自旋軸上產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，從這里有極強(qiáng)的氫粒子流、射線流、射線流和中微子流噴灑出來。這正是導(dǎo)致觀察到的M87星系遠(yuǎn)離速度與計算值的約20%的誤差以及前面兩種密度計算出現(xiàn)特大誤差的根本原因。這與我們最近獲取的該黑洞的天文觀測數(shù)據(jù)幾乎高度吻合。

如果我們考慮該黑洞周邊所謂的暗能量或暗物質(zhì)，用它們的所謂存在去補(bǔ)救大尺度天文觀測數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果的誤差也許都是錯誤的?；谧髡弑救酥R水平的局限，無法從廣義相對論或引力場論的知識視角對這些觀測數(shù)據(jù)做精確界定。

6 結(jié)語

這類超級黑洞的實(shí)質(zhì)是靜止密度較小的渦旋氫氣流以逼近光速的速度高速自旋，形成所謂的致密黑洞，它的自旋臂上史瓦西半徑邊緣的大量星云或恒星被巨大的黑洞引力吞噬，超級黑洞自旋平面內(nèi)有著強(qiáng)大的等離子環(huán)流，主要是質(zhì)子流、正負(fù)電子流，而導(dǎo)致在它的自旋軸附近形成超高強(qiáng)度磁場，在自旋軸兩端有大量的高能氫氣流（質(zhì)子流）、射線流、射線流和中微子流噴灑出來。

至于普通的中小黑洞是不是上述類似的情形，作者不太能夠確定，個人推斷應(yīng)當(dāng)與超大黑洞相類似。

按照這個思路，人類比較容易獲取人造黑洞，甚至盡快找到聯(lián)系黑洞和白洞的蟲洞，實(shí)現(xiàn)跨越愛因斯坦設(shè)想的那樣的真正的星際旅行，實(shí)現(xiàn)人類的真正永遠(yuǎn)存在的夢想。

7 深入探究

7.1 M87星系中心超級黑洞史瓦西半徑

7.2 M87星系中心超級黑洞自旋周期

我們確定了該超級黑洞的赤道處的自旋速度無限逼近真空光速c，進(jìn)一步確定其自旋周期

7.3 對記錄數(shù)據(jù)的質(zhì)疑

我們知道太陽半徑，M87星系中心超級黑洞史瓦西半徑，由球體積公式，可進(jìn)一步確定該超級黑洞的觀察體積是太陽體積的，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原公布的680萬倍。如果按照公布數(shù)據(jù)是680萬倍計算，前者是后者的約308萬倍，這正是我們前面兩種明顯不同黑洞密度的原因。因此該黑洞的觀察半徑會是其史瓦西半徑的0.687%，這可能嗎？如果我們確定該黑洞的質(zhì)量是65億倍太陽質(zhì)量數(shù)據(jù)無誤，那么該黑洞的體積數(shù)據(jù)就明顯有誤，大致為太陽體積2.097十萬億倍。反之，如果我們確定該黑洞的體積是680萬倍太陽體積數(shù)據(jù)無誤，那么該黑洞的質(zhì)量數(shù)據(jù)應(yīng)該有誤。我不能確定公布的黑洞質(zhì)量是靜止質(zhì)量還是運(yùn)動質(zhì)量。

7.4 超級黑洞的具體構(gòu)造假說

超級黑洞中心只能是致密中子星，密度大致相當(dāng)于單個中子的密度，而中子靜止質(zhì)量，中子半徑，，中子星部分幾乎靜止，外部是相對稀薄的等離子氣體（主要為氫核、氦核、正負(fù)電子）高速環(huán)繞其中子星內(nèi)核自旋，它們的角速度基本相同，具有明顯的相對論效應(yīng)，在其赤道處的等離子自旋速度相當(dāng)接近真空光速，形成一個史瓦西球型。導(dǎo)致在它的自旋軸附近形成超高強(qiáng)度磁場，在自旋軸兩端有大量的高能氫氣流（質(zhì)子流）、射線流、射線流和中微子流噴灑出來。我認(rèn)為科學(xué)家們公布的黑洞體積數(shù)據(jù)很可能是中子星內(nèi)核這部分，質(zhì)量為黑洞史瓦西球的總質(zhì)量。希望全球尖端科學(xué)家基于我建構(gòu)的超級黑洞模型去具體計算M87星系中心超級黑洞拋灑出高度約1000光年的粒子流數(shù)據(jù)。

7.5 成為黑洞的質(zhì)量條件

得出黑洞的臨界質(zhì)量

成為黑洞必須使得恒星質(zhì)量，因此我們無法制造人造黑洞。

8 對室女座M87星系中心超級黑洞內(nèi)核的估算數(shù)據(jù)

8.1 M87星系中心超級黑洞中子星內(nèi)核半徑

（1）該黑洞中子星內(nèi)核的最大可能半徑。

我們基于兩點(diǎn)主要假設(shè)：①不考慮內(nèi)核的自旋及遠(yuǎn)離的相對論效應(yīng);②該內(nèi)核為致密中子星且占據(jù)黑洞的絕大部分質(zhì)量。

我們代入數(shù)據(jù)可以計算得出該黑洞中子星內(nèi)核的最大可能半徑，約為2.2萬千米。

（2）比較精準(zhǔn)界定該黑洞中子星內(nèi)核的半徑。

我們基于兩點(diǎn)主要假設(shè)：①黑洞相對穩(wěn)定，整體自轉(zhuǎn)角速度與外層近光速的等離子環(huán)流一致，自轉(zhuǎn)周期;②不考慮內(nèi)核自轉(zhuǎn)相對論效應(yīng)。

對該黑洞中子星內(nèi)核赤道處某質(zhì)點(diǎn)m，解得該黑洞中子星內(nèi)核的最大可能質(zhì)量。

我們代入數(shù)據(jù)可以計算得出該黑洞中子星內(nèi)核精準(zhǔn)的最大可能半徑，約為32米。

上述兩個內(nèi)核半徑數(shù)據(jù)差距太大，事實(shí)上黑洞內(nèi)核的質(zhì)量占比只是整體的極小部分，還考慮黑洞自轉(zhuǎn)的相對論效應(yīng)，其中子星內(nèi)核半徑會比32米更小。

（3）黑洞中子星內(nèi)核的半徑的具體界定方法。

要求充分考慮到其自轉(zhuǎn)相對論效應(yīng)和外層等離子分層質(zhì)量分布以及它們的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量和M87星系遠(yuǎn)離的相對論效應(yīng)界定，相當(dāng)復(fù)雜。

8.2 對M87星系中心超級黑洞平均密度的探究

（1）三個密度。

①該超級黑洞史瓦西半徑

該黑洞的平均密度

②太陽密度大約是。黑洞密度

③由黑洞高速自轉(zhuǎn)的臨界密度這個密度恰好是第一個密度數(shù)據(jù)的2倍。這說明黑洞也在蒸發(fā)，否則就是我們的觀測的黑洞質(zhì)量數(shù)據(jù)有誤。

（2）內(nèi)因。黑洞有分層分布，有中子星內(nèi)核、等離子外層，有自旋和自轉(zhuǎn)，有相對論效應(yīng)，有吞噬和蒸發(fā)。

9 關(guān)于黑洞和宇宙膨脹的推論

本文具體探究的黑洞的主要特征，作者否定了原有的黑洞經(jīng)典理論，指出黑洞不存在夸克星的模型。黑洞有具體的分層分布結(jié)構(gòu)。

本文基本否定了暗能量和暗物質(zhì)，指出天文觀測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的誤差原因是天體自旋相對論效應(yīng)和蒸發(fā)質(zhì)子流等所導(dǎo)致。

本文基本否定了大爆炸宇宙學(xué)說，宇宙的膨脹緣自其蒸發(fā)輻射、動質(zhì)量變化引起的萬有引力的漲落所致，不存在宇宙奇點(diǎn)的論斷。