揭秘超大质量黑洞快速形成原因:无吸积盘限制

在宇宙诞生之初，黑洞的增长率令人难以置信。

北京时间8月12日，据国外媒体报道，研究人员称，在宇宙形成之初，黑洞的增长率令人难以置信。这可能有助于解释为什么超大质量黑洞出现在早期宇宙中。

黑洞因其超高密度而具有很大的引力，甚至光也无法逃离它们。人们普遍认为，黑洞的形成是由于一颗大质量恒星在其演化结束时发生了剧烈的超新星爆炸，将它的核心挤压成一颗密度极高的恒星——这就是黑洞。

大多数超大质量黑洞出现在星系中心，质量是太阳的数百万到数十亿倍。在宇宙形成的早期，大约在大爆炸后8亿年，这样一个巨大的黑洞已经出现了。然而，人们无法解释为什么这些大块头能在如此短的时间内迅速形成。

今天黑洞的增长率受到累积圆盘的限制。吸积盘由气体和尘埃组成。它围绕着黑洞旋转，并不断地被吸进黑洞。它以两种方式阻止黑洞快速膨胀。首先，当吸积盘中的物质被吸进黑洞时，它会阻止其他物质落入黑洞。第二，黑洞的温度由于阻塞过程中的连续碰撞而升高，从而形成基因比率能量来分散黑洞中的气体和尘埃。

“与真空吸尘器不同，黑洞不会主动吸入物质，”领导这项研究的以色列魏茨曼科学研究所的天体物理学家塔尔·亚历山大说。正如地球围绕太阳运行一样，恒星或气体流可以围绕黑洞形成稳定的轨道。很难想象有什么方法可以让这些气流以足够快的速度进入黑洞，从而导致黑洞迅速膨胀。"

然而，亚历山大和他的同事普里亚姆瓦达·纳塔拉詹已经找到了解决这个问题的方法——早期的黑洞可能会在没有吸积盘约束的情况下迅速膨胀成超大质量的黑洞。他们的研究结果于8月7日发表在《科学》杂志的网站上。

他们的研究方法是模拟早期黑洞的成长过程。他们将一个大约十倍于太阳大小的黑洞分成数千个星团，并模拟了围绕黑洞的冷、密、不透明的连续气流。亚历山大说:“我们模拟的早期宇宙比真实宇宙小得多，但密度更大。”

正是因为气流又冷又密，它隐藏了落入黑洞的物质发出的大量高能辐射。此外，黑洞周围许多恒星产生的引力使得气流随机移动，这阻止了吸积盘的缓慢形成。这意味着来自四面八方的物质不需要*绕着它旋转，而是逐渐被吸进黑洞，而是直接落入黑洞。

研究人员认为，在研究模型中观察到的黑洞“超指数增长”表明，在大爆炸后仅10亿年，一个10倍于太阳大小的黑洞就能增长到100亿倍于太阳的质量。亚历山大说:“这个研究结果为大爆炸后超大质量黑洞的快速形成提供了合理的解释。”。

未来的研究方向是探索在今天的宇宙中是否存在黑洞的超膨胀增长。早期宇宙中的高密度和高质量气流可能存在于同样的高密度和不稳定的星团形成过程中，或者可能存在于现有超大质量黑洞周围的吸积盘中。