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揭开早期超大质量黑洞形成之谜

2019-7-9@艾米 0 评论

大约130亿年前,当我们的宇宙还在充满活力的初创期时,它突然出现了一股创造力,在左侧、右侧和中央大量制造出超大质量的黑洞。

当天文学家看到巨大而明亮的类星体时,他们仍然可以窥见这些早期宇宙的遗物,这些奇异而明亮的天体被认为是由比太阳大上数十亿倍的旧黑洞提供能量。然而,这些古老天体的存在也带来了一个问题。许多类星体似乎起源于宇宙最初的8亿年,远早于任何恒星长大或老到以至于在自身质量下崩溃,在超新星中爆炸并形成黑洞之前。

艺术家的插图描绘了一个类星体或超大质量的超亮黑洞

艺术家的插图描绘了一个类星体或超大质量的超亮黑洞

那么,时空结构中的这些旧洞来自哪里呢?根据一个流行的理论,也许只需要大量的气体。

在6月28日发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究中,研究人员运行了一个计算机模型,证明早期宇宙中的某些超大质量黑洞可以通过简单地将大量的气体积聚到一个引力束缚的云中而形成。研究人员发现,在几亿年内,一个足够大的这种云可以在其自身质量下坍塌并形成一个小黑洞,而不需要超新星。

这些理论对象称为 直接坍塌黑洞(DCBH)。根据黑洞专家Shantanu Basu的说法,DCBHS的一个决定性特征是,在早期宇宙中,它们一定在很短的时间内迅速形成。

“黑洞的形成时间只有大约1.5亿年,而且在这段时间内迅速成长。在1.5亿年时间窗的早期形成的那些(黑洞)其质量可以增加1万倍。”

一团气体如何变成黑洞?根据2017年的一项研究,这种转变需要两个性质截然不同的星系:一个是正在形成大量新生恒星的宇宙超级巨星,另一个则是一堆低调的无恒星气体。

当新恒星在繁忙的星系中形成时,它们会发出持续不断的热辐射流,冲刷邻近的星系,阻止那里的气体凝聚成自己的恒星。Shantanu发现,在几亿年内,这种无星气体云可以吸收如此多的物质,以至于它在自身重量的作用下崩溃,形成了一个黑洞,而不产生恒星。

很快,这个“种子”黑洞可以通过快速吞噬附近星云的物质达到超大质量状态 ,可能孕育出我们今天能看到的巨型类星体。

根据Shantanu的说法,这种宇宙编舞行为可能只在一个短暂的时间窗内发生,在宇宙生命的最初8亿年内,即在空间变得过于拥挤,恒星和其他黑洞无法发生之前。在宇宙大爆炸后的10亿年内,宇宙中可能已经有如此多的背景辐射,超大质量黑洞很难找到足够的气体吸收并继续其指数增长。

Shantanu“在这1.5亿年后,我们假设没有新的[超大质量]黑洞产生,这解释了为什么宇宙中超过特定质量和亮度的黑洞数量急剧下降。”

2009年,巨星N6946-BH1的亮度比太阳亮100万倍。到2015年,它消失得无影无踪。天文学家认为这是罕见的证据,证明一颗恒星在没有超新星的情况下坍缩成黑洞。

2009年,巨星N6946-BH1的亮度比太阳亮100万倍。到2015年,它消失得无影无踪。天文学家认为这是罕见的证据,证明一颗恒星在没有超新星的情况下坍缩成黑洞。

虽然DCBHs目前仍处于理论研究阶段,但一些天文学家认为,哈勃太空望远镜可能早前捕捉到了这样一个正在形成的天体。根据2017年一项关于这一课题的研究,一颗巨大恒星在哈勃望远镜的镜头前消失了,没有超新星的闪光。最好的解释是,这颗大质量恒星只是坍缩成一个黑洞,没有任何壮观的场面或烟火。其他六颗附近的恒星在火焰和愤怒中爆炸,这表明大约七分之一(14%)的大恒星通过简单地消失在虚空中来结束生命。

本文由米粮仓 艾米 编辑,未经授权,不得转载使用上述作品盈利;个人转载,需标明原文作者及出处。

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