天文學家用新的模型來解釋超大質量黑洞的形成

更新時間:2022-03-21 10:24:33 所屬欄目:黑洞 作者:宋群平

摘要:計算機模擬圖像顯示了一個星系核心的超大質量黑洞。信貸:美國宇航局、歐洲航天局、Marel、j.安德森和r.范德D.Coe(STScI)超大質量的黑洞——包含數億到數十億倍恆星質量的天體——是現代天體物理學中最深奧的謎團之一。它們潛伏在大多數大型星系的心臟,包括我們的銀河系。由于它

計算機模擬圖像顯示了一個星系核心的超大質量黑洞。信貸:美國宇航局、歐洲航天局、Marel、j.安德森和r.范德D.Coe(STScI)

超大質量的黑洞——包含數億到數十億倍恆星質量的天體——是現代天體物理學中最深奧的謎團之一。它們潛伏在大多數大型星系的心臟,包括我們的銀河系。由于它們的普遍性,這些黑洞可能在宇宙的形成和演化中起著至關重要的作用。但是,他們是如何變得如此龐大的,長久以來一直困擾著世界各地的理論家。

最明智的建議是,在數十億年里吞下大量氣體之后,這些怪才會變得如此之大,現在人們都知道這是錯誤的。最近的觀測結果顯示,在大爆炸之后的8億年里,黑洞的質量比太陽大數十億倍。所以,謎題是這樣的:他們是怎么這么快就到達那里的?大多數天體物理學家都認為超大質量黑洞必須起源于較小的「種子」黑洞。他們只是不同意這樣的種子是多么的卑微。一種觀點認為,種子的黑洞應該是數千倍太陽質量的幾千倍;另一種假設是,種子的重量可能比100個太陽質量小。

兩個陣營都必須努力應對這樣一個事實:黑洞是一種混亂的食用者:在物質開始堆積之前,重力只能填滿大量氣體,形成白熱的圓盤,釋放出強烈的輻射,并將額外的氣體排出,從而有效地切斷了食物供應。這被稱為Eddington極限,它被認為嚴重阻礙了黑洞吞噬物質和生長的速度。使用小種子的模型的優點是,這樣的質量很重的黑洞相對來說比較容易制造;缺點是,為了迅速成長為超大質量的黑洞,他們必須把Eddington的「限制」視為更多的建議,并依賴各種潛在的例外來規避其限制。相比之下,大種子模型則是通過給予不斷增長的超大質量黑洞以巨大的頭部開始吞噬更多的氣體,從而達到極限,但它們的大種子相應地更難制造。巨大的氣體云可能會坍縮形成大的種子,也會形成較小的團塊,形成恆星團,而不是大的黑洞。

無論是否支持大或小的種子,「有許多理論試圖解釋超大質量黑洞的存在或組裝,但它們都不能給出自然的解決方案,」東京大學的天體物理學家Naoki

Yoshida說。Yoshida是大種子的支持者,也是周四發表在科學雜志上的一項新研究的合著者,他提出了他們是如何形成的,并導致了早期宇宙的超大質量黑洞。他的「自然解決方案」是在大爆炸之后,通過宇宙高速流動的高速氣流,成為關鍵的催化劑。具體來說,它依賴于假想的氣體和暗物之間的相互作用,這是一種神秘的無形物質,似乎是星系的引力粘合劑。

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