我们还不太明白第(di)一个超大质(zhi)(zhi)量黑(hei)洞是(shi)(shi)如何(he)在年轻的宇(yu)宙中如此迅速地形(xing)成(cheng)的。所以一组物(wu)理学(xue)家提出(chu)了一个激(ji)进的想法。相反,巨大的暗物(wu)质(zhi)(zhi)晕直接崩塌,形(xing)成(cheng)了第(di)一个大黑(hei)洞的种子(zi),而(er)不是(shi)(shi)通过(guo)通常(chang)的“大质(zhi)(zhi)量死亡(wang)-开始”路径形(xing)成(cheng)黑(hei)洞。

超大质量黑洞(SMBHs)出现在(zai)宇宙(zhou)历(li)史的早期,仅在(zai)大爆(bao)炸之后(hou)的数亿(yi)年。这种快(kuai)速的出现对传统的SMBH出生(sheng)和生(sheng)长模型提出了挑战,因为看起来没有足够的时间让它们长得这么快(kuai)。

加州大学河滨分校(UC Riverside)物(wu)理(li)学和天文学副(fu)教授余海波(Hai Bo Yu)领导(dao)了一项发表在(zai)《天体物(wu)理(li)学杂(za)志快(kuai)(kuai)报》(Astrophysical Journal Letters)上的(de)关于(yu)SMBH形(xing)成的(de)研(yan)究,他说:“物(wu)理(li)学家们对(dui)早期(qi)(qi)宇宙中位于(yu)暗(an)物(wu)质(zhi)晕中心区域的(de)SMBH为何能(neng)在(zai)短(duan)时间内大量生(sheng)长(zhang)感到(dao)(dao)不解。”就(jiu)像一个(ge)(ge)5岁的(de)孩子,重200磅。这样一个(ge)(ge)孩子会让我们所有人吃惊,因为我们知道(dao)一个(ge)(ge)新生(sheng)婴儿的(de)典型体重,以及这个(ge)(ge)婴儿能(neng)长(zhang)得多快(kuai)(kuai)。说到(dao)(dao)黑洞(dong),物(wu)理(li)学家对(dui)种子黑洞(dong)的(de)质(zhi)量及其增(zeng)长(zhang)率有着普遍的(de)期(qi)(qi)望。SMBH的(de)存在(zai)表明这些普遍的(de)期(qi)(qi)望已经被违背,需要(yao)新的(de)知识。这很令人兴奋。”

因(yin)此(ci),与其试图(tu)从(cong)大质量恒星(xing)的死亡中形(xing)成(cheng)黑洞(dong),然后试图(tu)让它们积累足够(gou)的物质以成(cheng)长(zhang)为SMBH状(zhuang)态,也许还有别的东西——暗物质晕——形(xing)成(cheng)了它们。

“我们的(de)(de)工作(zuo)提供了另(ling)一种(zhong)解释:一个自相互作(zuo)用的(de)(de)暗物质(zhi)晕经(jing)历了重力热不稳定性,它的(de)(de)中心区域塌陷成一个种(zhong)子(zi)黑洞,”余(yu)说(shuo)。

早期宇宙(zhou)中已经有(you)(you)大量暗物(wu)质(zhi)。它(ta)占宇宙(zhou)中所(suo)有(you)(you)物(wu)质(zhi)的(de)80%以上,最(zui)早的(de)星系生长在更大的(de)暗物(wu)质(zhi)团(tuan)或光晕中。但是(shi)为了使暗物(wu)质(zhi)足够坍(tan)塌形成黑洞,它(ta)必须与(yu)自身相互(hu)作用。这样一来(lai),它(ta)就失去了崩(beng)塌时获(huo)得的(de)所(suo)有(you)(you)动能,使其达到足够高(gao)的(de)密度,从而触发黑洞的(de)形成。

既(ji)然黑洞是由比恒星多得多的物(wu)质产(chan)生(sheng)的,那么它(ta)就已经在成为超大质量(liang)黑洞的路上了。

“我们(men)的设想(xiang)的优点(dian)是,种子黑洞的质量可(ke)能很高,因为它是由暗物质晕的坍塌产(chan)生的,”俞说(shuo)因此(ci),它可(ke)以在相对较(jiao)短的时间内成长为超大(da)质量黑洞。”

在这个(ge)模型中,暗物质晕并不能完成(cheng)所有的(de)工作。重子(zi)——正常物质——也有帮(bang)助(zhu)。

“首先(xian),我们(men)证(zheng)明(ming)重子(zi)(zi)的(de)(de)存在,例如气体和恒(heng)星(xing),可以(yi)(yi)显著加快(kuai)光晕的(de)(de)重力热(re)崩溃的(de)(de)开(kai)始,种子(zi)(zi)黑洞可以(yi)(yi)在足(zu)够早的(de)(de)时候被创造出来,”该论文(wen)的(de)(de)合著者魏向峰说其(qi)次,我们(men)证(zheng)明(ming)了(le)自相互作(zuo)用可以(yi)(yi)诱导粘性(xing),从(cong)而(er)耗散中心晕的(de)(de)角动量残余。第三,我们(men)发展了(le)一(yi)种方法来检查触(chu)发塌缩晕的(de)(de)一(yi)般相对(dui)论不稳定(ding)性(xing)的(de)(de)条件,如果(guo)条件满足(zu),就可以(yi)(yi)确保形成(cheng)一(yi)个种子(zi)(zi)黑洞。”

“在许多星系中,恒星和气体控制着它们(men)(men)的(de)(de)(de)中心区(qu)域,”俞说因此,我们(men)(men)很(hen)自(zi)(zi)然地会(hui)问(wen),重子物质(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)存在是(shi)如何影(ying)响坍(tan)缩过(guo)程的(de)(de)(de)。我们(men)(men)发现它会(hui)加速崩(beng)塌(ta)的(de)(de)(de)发生。这个(ge)特征正是(shi)我们(men)(men)解(jie)释早期(qi)宇(yu)宙中超大质(zhi)(zhi)量黑洞起(qi)源所需要的(de)(de)(de)。这种自(zi)(zi)相互作用(yong)也会(hui)导致粘性,从(cong)而(er)可以消(xiao)散(san)中心晕的(de)(de)(de)角动(dong)量,并(bing)进一步帮助坍(tan)缩过(guo)程。”