超大质量黑洞为何变得如此巨大？科学家们尚不得而知

kevinbe888

超大质量的黑洞是如何变得如此巨大而笨重的？科学家们仍然不知道

一位艺术家是这样描述超大质量黑洞的图

活动星系是宇宙中迄今为止最明亮的物体，它们由位于其中心地带的巨大黑洞驱动着。但是寻找这些巨型黑洞的起源对于天文学家来说是极富挑战性的工作。新的观察结果又再次强调了这种困难的存在。

尽管仿真技术发现黑洞应该是在宇宙早期快速成长起来的，但是当天文学家回溯过去的时候，他们没能发现更多相关的结构和证据。直到现在，天文学家们仍在探索，针对黑洞成长的新研究也在继续展开。

巨型黑洞的形成

让我们回到过去。宇宙中最大的黑洞本身就是一个弥天大谎，其质量比太阳还要大数百万甚至数十亿倍。为了达到这不可思议的尺寸，他们会消耗相当于数十亿年来所有气体总量的东西，不断地用落入它们引力范围内的这些东西来壮大自己。

但是这些超大质量黑洞的起点肯定是比平均值还要大的，在他们成为“宇宙胖子”的道路上，这给他们提供了抢跑的机会。我们现在还不确定是什么导致了宇宙中的超大质量黑洞，但是关于这个问题，有两种不同的学派提出了自己的想法。

其中一种看法是，当第一代恒星出现在宇宙中的时候，超大质量黑洞也随之出现了。这些恒星是由纯氢和氦（因为在那时没有更重的元素）组成的，他们体积巨大，或许是太阳尺寸的几百倍。他们在泰坦尼克号超新星爆发中快速成长、快速死亡，留下了爆炸的核心物质---第一个黑洞。

另一种看法是，也许第一个最大的黑洞从来都不是恒星。取而代之的，或许当气体云变得不稳定并相互碰撞之时，才形成了这样的物体。这就解释了为什么巨型黑洞在宇宙的历史中出现如此之早、以及他们是如何成长得如此迅速并变得如此巨大这一命题。

荣耀之光

无论如何，今天这巨物早在宇宙诞生初期就已经萌芽，在它不到十亿岁的时候。但是，以这些物质刚诞生时的大小，它们仍然需要不断扩张自己来变成今天这样的庞然大物。计算机所模拟出的恒星、黑洞、星系以及气体在早期宇宙中的形态表明，这些黑洞成长迅速，在它们形成的几亿年之内就能达到庞然的形态。

天文学家们知道如何认出如此膨胀的黑洞：喂养黑洞形成活跃星系的心脏。随着所有气体被塞入黑洞的咽喉中，它收缩并升温到百万度。这些热气发射出的炙热的x光明亮到使它们能在数十亿光年之外被看到。所以当我们在天空中看到一个巨大且明亮的x光源，我们知道数万亿吨气体正掉进黑洞之中。

但是尽管科学家们已经在周遭的宇宙中识别了数十万个活跃星系，我们也仅仅只在年轻的宇宙中看到了少数。（因为光的传播需要时间，研究宇宙遥远的角落相当于在回顾过去。）

这就是说，科学家们在极远距离下发现的活跃星系在过去是极其强大的。例如，已知的最远的星系，称为 ULAS J1342+0928，早在宇宙只有6.9亿岁时就安然存在并拥有一个质量为太阳的八亿倍的巨大黑洞。

黑暗深处的探索

尽管这些巨大的活跃星系是壮美的，科学家们真正想要知道的是它们是否是早期宇宙的典型又或者只是非常规的极端现象。

在最近的研究中，科学家们表明在早期宇宙中已知的活跃星系只是例外，并不常规。结合NASA的钱德拉X光天文台的观测和在更长波段的探查，天文学家们能够在广袤的天空中识别出可能在年轻的宇宙中候选的活跃星系。

在对数据进行分类筛查以及排序之后，人们列出了所有超大质量黑洞的名单，总共五个。没错，在人们对于早期宇宙的整个探索过程中，只发现了五个活跃星系。并且，由于测量存在不确定性，这些星系可能距离我们更近，形成也更晚一些。

这些发现似乎与超大质量黑洞在宇宙形成了二十亿年的时候经历了快速生长期并因此在广阔的距离中变得常见这一模拟相矛盾。虽然我们有一些指向，但它们看上去更像是超大质量黑洞典型的形成过程中不可思议的一站。

那么我们怎样才能从早期宇宙的萌芽中窥视到今天的巨大黑洞呢？眼下，这个领域仍然笼罩着神秘的面纱，未曾揭开。

这项研究的预印本发表在arXi上，并最终在《天体物理学杂志》上发表出版。

相关知识

超大质量黑洞(SMBH或SBH)是最大的黑洞种类，包含了相当于几十万到几十亿倍太阳质量的物质。黑洞是一类经历了引力坍缩的宇宙物质，留下一个球状区域，任何物质都不能从中逃脱，甚至是光。观测证据表明，几乎所有大星系都含有一个超大质量黑洞，位于星系中心。在银河系中，超大质量黑洞与人马臂A*在星系核心中的位置类似。星际气体在超大质量黑洞上吸积的过程就是类星体和其他种类的活跃星系核产生能量的过程。

这是第一张直接拍摄到的超大质量黑洞的影像，位于梅西埃87号星系核心。它显示了一个加热的吸积环，以350AU的平均间隔绕着物体环行。比海王星绕太阳运动的轨道大十倍。黑暗中心是事件视界及其阴影。

作者：Paul Sutter

FY：Astronomical volunteer team

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原文地址：今日头条