深度解析：黑洞质量的下限和上限是多少？

不得不说，黑洞算得上是宇宙中最神秘的天体了，毕竟它是宇宙中引力最大的天体，连光都无法逃脱它的事件视界的范围，以至于我们都无法看到它的真实面貌。

去年人类首次拍到了第一张黑洞照片，它来自M87星系的中心，其质量达到了65亿倍的太阳质量，而处在我们银河系中心的人马座A*黑洞，质量相比之下就要小很多了，大概只有430万倍的太阳质量，那么黑洞的质量存在上限和下限吗？接下来我们就来探寻一下这个问题。

宇宙中的黑洞是如何产生的？

首先，我们需要从宇宙中最常见的恒星开始说起，根据恒星的光球和温度，我们一般可以把恒星分为以下几种。

• 蓝色：“O”型
• 蓝白色：“B”型
• 白色：“A”型
• 黄白色：“F”型
• 黄色：“G”型
• 橙色：“K”型
• 红色：“M”型

从图中我们可以发现质量越大的恒星，颜色就偏向于蓝色，而质量越小的恒星颜色越偏向于黄色。那么恒星的质量和寿命之间存在什么关系呢？

通常情况下我们可能会觉得，质量越大燃烧的速度也应该越快，然而事实却恰恰相反。一颗恒星的质量如果越大，那么它内部反应的速度也会越快，大质量的恒星通常情况下寿命只有几千万年甚至几百万年。而太阳的寿命则大约是120亿年左右。

如果质量小于太阳10倍以上，它的寿命就可以达到6万亿年以上。而我们的宇宙诞生也不过138亿年，所以至今为止，我们还没有直接观察到这种低质量的恒星在生命的尽头会发生什么。

大质量的恒星在生命的尽头，，由于恒星内部的燃料太少，无法维持内部的温度；或者恒星接受了额外的物质，导致未能提高核心的温度来抗衡外部的压力。如果发生这两种情况之一，恒星内部的温度就会不够高，导致不能抵抗它在自身的引力下坍塌。

最后的那结果就是发生超新星爆炸，而它的核心会继续向内坍塌形成中子星或是黑洞，当中子星的质量超过了三倍的太阳之后，最后依然会在引力的作用下，坍塌成黑洞。

科学家是如何寻找黑洞的？

根据科学家估计，宇宙中应该存在大量的黑洞，但由于黑洞特殊的性质，导致我们无法直接观测到黑洞的存在。

天文学家首先想到的办法就是通过密近双星中黑洞吸积伴星物质后发所出的X射线和伽马射线来寻找恒星级黑洞。然而缺点就是无法区分双星系统中的致密星到底是白矮星还是中子星以及黑洞。

然后科学家开始接着想办法，对它们分别进行研究。长期研究之后发现：白矮星的能量转化效率只有区区万分之一左右，而产生X射线的至少也要百分之一以上。所以首先就把白矮星给排除掉了。

中子星在通常情况下都是脉冲星，所以如果我们检测到了X射线脉冲现象，那么也就确定了这个致命星是中子星，但如果没有检测到，也还是不能说明它就是黑洞。

这里就要通过致密星的质量来区分了，科学家通过研究发现，中子星的质量最高为3倍太阳质量，如果再大，那么这个致密星就可以确定为黑洞了。

实际上测定双星系统中的致密星的质量可不是一件容易的事，首先需要利用其中一个的谱线移动来得到它的轨道参数，接着使用开普勒定律计算总质量，最后才能大致估计出质量。

这就是为什么，现在科学家确定为黑洞的天体少之又少的原因。

目前发现的最小的黑洞有哪些？

• IGR J17091-3624：这是位于天蝎座的一颗恒星级黑洞，距离地球大约28000光年。它处于一颗双星系统内，，科学家通过观测它的吸积盘的气流才得以发现，质量大约为3-10倍的太阳质量，非常接近黑洞能稳定存在的下限。

• XTE J1650-500：这是位于天坛座的一颗恒星质量的黑洞，也是位于一个双星系统中，不过它的伴星还是一颗正常的恒星，在2008年的研究中，它的质量预测为3.8±0.5倍的太阳质量，但是后来，科学家发现它的质量在5-10倍的太阳质量之间。

这两颗黑洞都是科学家观测到在宇宙中能够稳定存在的，难道这就是黑洞质量的下限了吗？并不是，原则上来讲，黑洞的质量可以是普朗克质量的任意倍。

所以就有了微型黑洞的说法，也叫做量子黑洞，而科学家也成功的在实验室里通过使用大型对撞击里产生过，但是这种黑洞并不能稳定的存在，会迅速的蒸发掉，所以当我们再次听到人造黑洞诞生时，完全不用担心地球会被微型黑洞给吞噬掉。

质量最大的黑洞有多大？

根据黑洞的质量，大致可以分为以下几种。

• 超大质量黑洞：质量在太阳质量的几百万倍到170亿倍之间，到目前，科学家已经在所有的已知星系中心（包括银河系）发现超大质量黑洞的存在。
• 中等质量黑洞：质量在100到100万倍的太阳质量之间，
• 恒星级黑洞：质量在3-100倍的太阳质量之间。这种黑洞通常是由大质量的恒星在演化周期的尽头发生引力坍塌后才形成。

显然，通过恒星演化成为的黑洞并不足以达到黑洞质量的上限，这就需要我们从超大质量黑洞中去寻找了。而从目前观测到的数据来看有两位候选者。

第一是位TON 618：这是位于位于猎犬座的一颗类星体，它的绝对星等达到了-30.7等，相当于1.4×10^12的太阳亮度，是宇宙中最明亮的天体之一，根据计算可以得出，它中心的黑洞质量大约为660亿倍的太阳质量。

第二位是S5 0014+81：这是位于仙王座的一颗类星体，但是它距离地球实在是太遥远了：121亿光年，科学家估计它的质量在400亿倍的太阳质量左右，每年还会增加4000倍的太阳质量，但由于测量方法的不准确性，它的具体质量还有待进一步的观测。

总结

在我们的宇宙中，没有观测到的就不一定代表不存在。

例如根据预测，宇宙中可能发生着相当多中子星合并的事件，当两颗中子星合并时，将会形成一个超新星，最后爆炸成为黑洞，所以理论上来讲，我们银河系还应该存在2倍太阳质量的黑洞，只是我们还没观测到。当然，还有微型黑洞的存在，所以说黑洞的质量没有最小，只有更小。

而最大的黑洞一般都存在自遥远星系中心的超大质量黑洞，最高可到达几百亿倍的太阳质量，但这并不是黑洞质量的上限，只要有足够的质量，黑洞的质量几乎是没有上限的。