現有理論無法解釋宇宙早期出現的超大質量黑洞

雖說科學家們認為，每個大型星系的中心都存在著一個超大質量黑洞(SMBH)(我們的銀河系就有一個)，但用現有理論很難為它們的存在性作出合理解釋。

據我們所知，死去的巨型恆星會形成黑洞。恆星坍塌理論很好地解釋了大多數黑洞的形成機制：一顆比太陽質量至少高五倍的恆星，在其壽命即將結束時開始耗盡自身。恆星經歷一次超新星爆炸，損失部分質量，然後坍塌成黑洞。天體物理學家認為SMBH最開始也應該就是如此形成的普通黑洞，隨後在漫長的歲月中，通過蠶食附近的物質逐漸壯大自身，變成了超大質量黑洞。

這一理論的問題是，需要給SMBH足夠漫長的成長時間。

今年3月，一群天文學家宣布，找到了83顆古老的SMBH，它們無視了我們的理論。

2017年，天文學家發現了一顆相當於8億個太陽質量的大質量黑洞，這個黑洞非常古老——在大爆炸後僅過了6.9億年就已經成形。許多SMBH都是太陽質量的數十億倍。同時，根據它們的多普勒紅移，它們必定形成於大爆炸後的前8億年。

問題就出在這裡：如此短暫的時間，不足以支持它們膨脹到如此規模。

加拿大安大略省韋仕敦大學的研究人員認為，他們已經搞清了其中的奧妙。新的假說被稱為「直接坍塌」，用於解釋這些令人難以置信的古老SMBH。

他們的論文題為《直接坍塌情景中超大質量黑洞的質量函數》，發表在Astrophysical Journal Letters上。

作者是Shantanu Basu和Arpan Das。Basu是恆星形成和原行星盤演化早期階段領域裡公認的專家。他也是韋仕敦大學的天文學教授。 Das來自該校的物理和天文系。

直接坍塌理論認為，古老的超大質量黑洞會在很短的時間內高速擴張。然後，突然停止。為此，他們開發出了新的數學模型。他們指出，愛丁頓極限在該機制中發揮了作用。

「超大質量黑洞只在極短時間裡才能快速生長，然後，因受其他黑洞和恆星製造出的能量波的作用，黑洞停止生長。間接的觀察證據，表明黑洞起源於恆星的直接坍塌，而不是來自恆星殘骸。」

新假說為天文學中一直存在的棘手問題提供了有效解釋。Basu認為，可以通過未來的觀測，驗證宇宙早期超大質量黑洞的形成歷史。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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