「只有下到深淵裡，我們才能找到寶藏。你在哪裡跌倒，哪裡就有屬於你的寶藏。」——約瑟夫·坎貝爾
遙望夜空，穿越層層蔽障，我們看到的星系越遠，看到的宇宙就越古老。我們甚至能看到宇宙發出的第一縷光線、第一批恆星、第一批星系。
當我們觀察這些最遙遠的天體時，我們發現其中一些星系其核心有超大質量黑洞，其質量往往有太陽質量的數十億倍！那麼宇宙誕生後這麼短的時間內，這些數十億倍太陽質量的黑洞是咋來的？要知道目前的恆星級別黑洞，也就幾十個太陽質量。就算它們使勁合併，也不會在如此短的時間內形成超大質量黑洞。
這一切都要追溯到恆星的天體物理學。
普通恆星（低於130倍太陽質量）誕生黑洞的過程
在宇宙中恆星的大小、顏色、壽命和質量各異，這些性質相互之間也密切相關。恆星的質量越大，它的核聚變核心也越大。這意味著更大質量的恆星燃燒得更明亮，溫度更高，半徑更大，燃燒的速度也更快。
像太陽這樣的恆星可能需要超過100億年的時間來燃燒其核心的所有氫燃料，但宇宙中其他恆星比我們的太陽大幾十倍甚至幾百倍，它們只需幾百萬年或者在極端情況下，可能只需幾十萬年的時間就能將核心中的所有氫聚變成氦。
當恆星核心耗盡燃料後會發生什麼？
恆星聚變反應釋放出來的能量（輕元素變成重元素，通過愛因斯坦著名的E = mc^2釋放能量）是支撐恆星核心對抗強大引力的唯一力量。也就是說，恆星在主序星（燃燒氫）階段，輻射壓力和引力相互平衡，保證恆星以穩定的速度和體積發光、發熱。
引力在恆星的一生中一直在努力將其中的所有物質壓縮到儘可能小的體積。當核聚變反應因為燃料耗盡而停止時，核心就會迅速收縮。這裡的速度很重要，因為如果緩慢壓縮某物，它的溫度會保持不變，但熵會增加，而如果快速壓縮，熵會保持不變，但溫度會上升！
就一顆特大質量恆星的核心而言，溫度的升高意味著它可以開始融合越來越重的元素，從氦到碳、氮、氧，再到氖、鎂、矽、硫，最後在短時間內變成鐵-鎳-鈷。
核心中鐵、鎳、鈷元素是最穩定的元素，每核子的結合能非常高，核心核聚變就會停止，因為接下來製造更重的元素實際上會損失能量、讓核心降低溫度。那麼，當核心沒有可以融合的物質，但仍然有引力的存在時，會發生什麼呢？
恆星會在失控的核心坍縮中，產生II型超新星爆發！
質量較小的恆星會在其中心留下一個中子星，而一個質量更大的恆星將無法抵抗重力，從而形成一個中心黑洞！一顆質量大約是太陽15-20倍的恆星在其死亡時就會在中心產生一個黑洞，而且恆星質量越大，產生的黑洞就越大！
在一個空間區域內，大量的大質量恆星會通過這一機制產生很多黑洞，然後這些黑洞隨著時間融合在一起，或者以恆星和星際物質為食，逐漸生長。而且我們也觀察到了這種現象。
錢德拉x射線天文臺（藍色），哈勃太空望遠鏡（綠色），斯皮策太空望遠鏡（粉紅色）& GALEX星系演化探測器（紫色）。
但是，這些恆星形成的黑洞都很小，就算它們合併、吸收物質，也不能很快地形成與我們觀察相一致的黑洞質量。
更大質量的恆星死亡時，什麼都不會留下
一顆恆星質量如果太大，在其死亡時就不會在中心產生黑洞！如果恆星超過130個太陽質量，核心內部的溫度就會非常高，能量也非常大，創造的高能量輻射粒子相撞後可以形成物質-反物質對，以正電子和電子的形式出現。
這看起來貌似不是什麼大事，但是上文已經說了：唯一使恆星免於核心崩潰的是核聚變產生的輻射壓力！當恆星核心通過輻射粒子開始產生電子-正電子對時，核心抵抗引力的輻射壓力就會降低。這種現象在大約100倍太陽質量的恆星中就會發生，但是恆星一旦達到130倍的太陽質量，壓力就會大幅度減少，使恆星核心開始坍塌，而且坍塌的速度非常快！
這樣就會使核心急劇升溫，而且核心還包含了大量的正電子，這些正電子與普通物質湮滅後，產生伽馬射線，而伽馬射線又會進一步加熱核心！最終，由於核心的能量非常高，會使整個恆星在最壯觀的超新星類型中被完全炸得粉碎：不穩定對超新星！這個過程不僅破壞了恆星的外層，也破壞了恆心的核心，最後什麼都沒有留下！
如果沒有足夠大的黑洞在很短的時間內瞬間形成，那大質量黑洞怎麼來的？而且我們很確信宇宙中確實存在超大質量黑洞，就像我們在銀河系中心發現的人馬座A*，從恆星圍繞它的引力軌道來看，它的質量相當於四百萬個太陽質量。
更不能形成數十億倍太陽質量的黑洞，例如，在距離我們相對較近的星系，梅西耶87中心的超大質量黑洞足有65億倍的太陽質量。
這個數量級上的超大質量黑洞，不僅在我們附近被發現，而且它們的紅移也非常高，這意味著這些黑洞已經存在了很長時間！
你可能會覺得宇宙一開始的時候就已經存在這些超大質量黑洞了，並不是後來形成的，但這種想法與我們對年輕宇宙的描述不一致，無論是從物質功率譜還是宇宙微波背景的起伏。無論這些超大質量黑洞從何而來，它們都不太可能是跟隨大爆炸一起誕生的！
如果普通恆星不能產生黑洞，宇宙也不是生來就有黑洞，那麼這些年輕的超大質量黑洞又從何而來呢？
事實證明，恆星的質量可能比我們之前討論過的那些還要大，當恆星變得更大時，就有了新的希望。讓我們回到大爆炸後幾百萬年宇宙中形成的第一批恆星，這些恆星由當時存在的原始氫氣和氦氣形成。
有大量證據表明，在很早以前，原始恆星是在更加巨大的區域內形成的，並不像我們現在在星系中看到的只有幾十萬顆恆星的星團，而是這些原始恆團誕生時包含了數百萬顆（甚至數億顆）恆星。原始氣體雲豐富、區域大，所形成的恆星質量大、數量多、而且密集，這一點很好理解。
如果我們觀察一下目前我們發現的最大的恆星形成區域，位於大麥哲倫星雲中的狼蛛星雲，我們就能找到一些線索。
上圖中的這片區域直徑接近1000光年，中心是巨大的恆星形成區域（R136）包含大約45萬個太陽質量的新恆星。整個氣體雲非常活躍，正在形成新的大質量恆星。但在這個恆星形成區域的中心，我們發現了迄今為止宇宙中已知最大的恆星！
這裡最大的恆星質量是太陽的256倍。還記得上文說過的不穩定對超新星嗎？這個過程會摧毀超過130倍太陽質量的恆星，不留下黑洞？但這種說法只適用於質量在130倍太陽質量以上、250倍太陽質量以下的恆星。如果恆星的質量再大一些，就會產生高能的伽馬射線導致光衰變，這些伽馬射線會把重原子核吹散成輕的（氦和氫）元素，從而降低恆星內部的溫度。
如果一顆恆星的質量超過250個太陽質量，它的全部質量就會完全坍縮成一個黑洞。260倍太陽質量的恆星會產生260倍太陽質量的黑洞，1000倍太陽質量的恆星會產生1000倍太陽質量的黑洞，等等。所以在早期豐富的原始氣體雲中，會創造出很多超過這個極限質量的恆星，它們的質量完全坍縮成黑洞。隨著時間的推移，然後合併增長！短時間內，就會在氣體雲的中心形成越來越大的黑洞，最後逐漸演化出宇宙中第一個大星系！
據我們所知，這就是我們認為宇宙中最大的黑洞形成的方式！