超大質量黑洞重新溯源:可能與暗物質的光暈有關
2020-12-06 前瞻網超大質量黑洞重新溯源：可能與暗物質的光暈有關
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科學家正重新思考宇宙中第一個超大質量黑洞的誕生故事。
研究人員普遍認為，這些龐然大物是在鄰近星系紫外線輻射泛濫的地區萌芽的。這一理念形成的基礎是認為這種輻射抑制了正常恆星的形成，釋放出的物質最終融入黑洞。
但一項新的研究表明，另一種現象可能在抑制這類恆星的形成方面更為重要——即暗物質光暈的快速增長。暗物質是構成宇宙大部分物質的神秘物質(之所以如此命名，是因為它既不吸收光線，也不反射光線)。
該研究的第一作者、喬治亞理工學院相對論天體物理學中心的副教授約翰·懷斯(John Wise)在一份聲明中說：「在這項研究中，我們發現了一種全新的機制，它能激發大質量黑洞的形成，尤其是暗物質光暈的形成。」
懷斯補充說:「我們不應該只考慮輻射，也需要考慮光暈的生長速度。理解它不需要那麼多的物理學知識——僅僅需要知道暗物質是如何分布的，以及引力將如何影響它即可。需要在一個物質高度聚合的罕見區域形成一個大質量黑洞。
一個放大了的30光年的暗物質光暈。旋轉的氣體盤分裂成三個團塊，在它們自身的重力作用下坍塌，形成超大質量恆星。圖源：約翰·懷斯
懷斯和他的同事在分析了超級計算機對早期宇宙演化的模擬後得出了這個結論。這些模擬揭示了10個只包含氣體雲的暗物質光暈，這些光暈的質量很大，本應成為恆星的搖籃。
研究人員隨後對其中兩個大約有2400光年寬的光暈進行了額外的模擬，以便更詳細地了解宇宙誕生後2.7億年可能發生了什麼。
懷斯說:「我們只是在宇宙中這些密度極高的區域看到了這些黑洞的形成。暗物質創造了大部分的引力，然後氣體落入引力勢，在那裡它可以形成恆星或巨大的黑洞。」
研究人員發現，在光暈膨脹的地方，黑洞容易形成。黑洞自身的增長是由構成新生星系的氣體雲的合併所推動的。
「這是關鍵，」該研究的共同作者愛爾蘭都柏林城市大學天體物理學和相對論中心的研究員約翰·裡根(John Regan)在同一份聲明中說，「星系誕生時星系基礎快速聚集的猛烈以及動蕩的本質，再加上猛烈碰撞，阻止了正常恆星的形成，反而為黑洞的形成創造了完美的條件。」
這項新研究表明，這些條件只會導致少數超大質量恆星的形成，而不是大量較小的「正常」恆星的形成。超大質量恆星太活躍，消失得早，很快就坍縮成黑洞，這種黑洞不像類太陽恆星，後者活了數十億年，最終成為被稱為白矮星的高密度殭屍恆星。其中一些新生的黑洞在億萬年後成長為超大質量的龐然大物。
研究小組認為，在整個宇宙的歷史中，快速增長的暗物質光暈可能已經足夠普遍，具有相當大的解釋力。
這項研究的共同作者布萊恩·奧謝( Brian O'Shea)是密西根州立大學計算和理論天體物理學家，他在相同的聲明中說：「我們預測這種情況的發生足以成為我們無論是在早期的宇宙還是現在的星系中觀測到的質量最大的黑洞的起源。」
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