超大质量黑洞(dong)(SMBH)很难解(jie)释。这些庞大的(de)奇点被认为是每个(ge)大星系(xi)的(de)中心(我(wo)们(men)的(de)银(yin)河系(xi)有一(yi)个(ge)),但(dan)它们(men)的(de)存(cun)在有时(shi)会无法解(jie)释。据(ju)我(wo)们(men)所知,当巨星坍缩时(shi)会形成(cheng)黑洞(dong)。但(dan)这种解(jie)释并不能符(fu)合所有情况。

恒(heng)星坍(tan)缩理论很(hen)好地(di)解(jie)释了大(da)多数黑(hei)洞(dong)。在那个理论中(zhong),一颗比我们的太(tai)阳质(zhi)量至少高五倍的恒(heng)星在其(qi)生命即将结(jie)束时开始耗尽燃(ran)料(liao)。由于恒(heng)星核聚变的向外(wai)压力(li)是支持它抵抗来(lai)自其(qi)自身质(zhi)量的向内引力(li)的,因此当(dang)燃(ran)料(liao)耗尽时必然(ran)会抛射一些(xie)物(wu)质(zhi)。

一(yi)(yi)(yi)颗(ke)恒星经历了(le)一(yi)(yi)(yi)次超新(xin)星爆(bao)炸,然后坍塌成一(yi)(yi)(yi)个黑(hei)洞。天体(ti)物理学家认为超大(da)质量黑(hei)洞以这种方式开始,并通(tong)过(guo)不断捕(bu)获(huo)其他物质而成长(zhang)为巨(ju)大(da)尺寸的(de)黑(hei)洞。黑(hei)洞质量的(de)不断增加,过(guo)程就像蜘蛛捕(bu)获(huo)猎物一(yi)(yi)(yi)样(yang)。

这(zhei)种解释的问题是它(ta)需要很长(zhang)时(shi)间才能形(xing)成。

科学家的假想图显示了超大质量黑洞的周围环境,这是许多星系中心的典型黑洞。黑洞本身周围是一块非常热的吸积盘,而且还有一个尘土飞扬的圆环。在黑洞的极点上也经常会有高速喷射的物质流,它们可以向太空延伸很长的距离。

在宇(yu)宙中,科学家观察到了很多古老的超大质(zhi)(zhi)量(liang)黑(hei)洞。今(jin)年3月(yue),一(yi)群天文学家宣(xuan)布发现了83个如此古老的黑(hei)洞,很多我们无法(fa)理解。2017年,天文学家发现了一(yi)个8亿(yi)太(tai)阳(yang)质(zhi)(zhi)量(liang)的黑(hei)洞,这个黑(hei)洞在大爆炸后仅6.9亿(yi)年完(wan)全形成。它们只有(you)在宇(yu)宙的早期出现,然后才(cai)有(you)时间成长(zhang)为(wei)超大质(zhi)(zhi)量(liang)的形态。

其中许多超大(da)质量黑洞(dong)的质量是太阳(yang)的数十亿(yi)倍。它(ta)们(men)会(hui)产(chan)生如(ru)(ru)此(ci)大(da)的红移,它(ta)们(men)必(bi)定是在大(da)爆炸后的前8亿(yi)年形成的。但这还不足以让(rang)恒星崩溃模型解(jie)释它(ta)们(men)。天体物理学家面临(lin)的问(wen)题是,这些黑洞(dong)在如(ru)(ru)此(ci)短(duan)的时(shi)间内如(ru)(ru)何变得如(ru)(ru)此(ci)之(zhi)大(da)?

加拿(na)大安大略省西部(bu)大学的一对研究人(ren)员(yuan)认为(wei)他(ta)们已经弄明白了。他(ta)们有一种叫做“直接崩溃”的新(xin)理(li)论,解(jie)释了这些(xie)令人(ren)难以置信(xin)的古老超(chao)大质量黑(hei)洞。

他们的论文(wen)标题为“ 直接崩溃(kui)情(qing)景中超大质量黑洞的质量函数 ”,并发(fa)表在“天(tian)体物理(li)(li)学(xue)杂(za)志快报”上。作者是(shi)Shantanu Basu和Arpan Das。巴苏(su)是(shi)恒(heng)星(xing)形成和原行星(xing)盘演化早期阶段公(gong)认的专家(jia)。他也是(shi)西方(fang)大学(xue)的天(tian)文(wen)学(xue)教授。Das也来自Western的物理(li)(li)和天(tian)文(wen)系。


斯巴鲁望远镜图像中的(de)超(chao)大质量(liang)黑(hei)洞距地球130亿光(guang)年。这些古老的(de)超(chao)大质量(liang)黑(hei)洞挑战了我们对黑(hei)洞如何形成的(de)理解。

他们(men)(men)的直(zhi)接坍塌理(li)论认为(wei),古(gu)老的超大(da)质量黑(hei)洞在很(hen)短的时(shi)间内(nei)形(xing)成得(de)非(fei)常迅速。突然,他们(men)(men)停止了成长。他们(men)(men)开发(fa)了一种新的数学模型来解释(shi)这些快速形(xing)成的古(gu)老黑(hei)洞。他们(men)(men)说,爱(ai)丁顿极限(xian)是一颗恒星向(xiang)外辐射力与内(nei)向(xiang)引力之(zhi)间的平衡,起到了作用。

在这些直接坍塌的黑洞中,爱丁顿极限调节了质量增长,研究人员说,这些古老的黑洞甚至可以超过这个极限,他们称之为超级爱丁顿吸积。然后,由于其他恒星和黑洞产生的辐射,它们的生产停止了。

“超大质量(liang)黑(hei)洞只能在很(hen)短(duan)的(de)时间内快(kuai)速生(sheng)长(zhang),然后(hou)在某些时候,由于(yu)其他黑(hei)洞和恒(heng)星产生(sheng)的(de)宇宙中(zhong)的(de)所有辐射,它(ta)们的(de)生(sheng)长(zhang)停止了,”巴苏解释道。“这(zhei)是直接崩溃的(de)情(qing)况(kuang)。”

“这(zhei)是间接的观察证据,证明黑洞起源于直接坍塌,而不是来(lai)自恒星残骸,”巴苏说。

这(zhei)一(yi)新理论为(wei)一(yi)段时(shi)间以来天文学中棘手(shou)的问题(ti)提(ti)供了有(you)效的解释。巴(ba)苏认(ren)为(wei),这(zhei)些新结果可以用于(yu)未来的观测(ce),以推断出我们宇宙(zhou)中很早出现的超大质量黑洞的形(xing)成历(li)史。