上海天文台科学家提出形成超大质量黑洞的新机制

中国科学院上海天文台研究员沈俊泰的研究小组与美国罗格斯大学教授杰里·塞尔伍德合作，提出了一种新的机制来形成超大质量黑洞，而不在早期宇宙中合并。相关研究成果最近发表在《国际天文天体物理学核心期刊》上。专家说，这种机制不仅可以为星系融合中形成更大的超大质量黑洞提供种子黑洞，还可以在没有经历过融合的纯盘星系中形成更小的超大质量黑洞。

目前的研究表明，几乎所有的星系中心都存在超大质量黑洞，但是这些黑洞的形成和质量增长机制仍然缺乏一个完善的理论模型。

沈俊泰的研究小组利用高精度数值模拟研究了螺旋星系早期演化过程中超大质量黑洞的形成，螺旋星系是由气体内部流动和星系棒驱动的。研究发现，在一个由纯圆盘星系形成的棒状螺旋星系中，大量气体在很短的时间内(约1亿年)通过该星系棒的不对称势场，从星系中心流入约几十秒(1秒指3.26光年)的范围，形成高密度气体聚集区。除了形成星系团之外，这些低角动量气体中的一些可能会直接坍缩成约100万太阳质量的超大质量黑洞，并继续积累周围的气体，变得更重，成为类星体。

"然而，并不是所有的杆状旋转星系都能将气体驱向极端中心."沈俊泰说，如果星系中的许多质量都集中在中心，气体就不会落入中心，而是会形成一个环结构，通常称为核环，离中心大约几百秒。研究小组发现，核环不会在最早的螺旋星系中形成，它必须等到足够的气体聚集在星系中心，以满足动态共振条件。然而，一旦这样一个环状结构形成，这意味着大部分流入星系中心的气体只能聚集在核环上，不能进入黑洞附近，因此黑洞只能*“节食”，成为一个低光的赛弗特活跃星系，或者完全停止活动，进入一个休眠期。

“总的来说，我们形成超大质量黑洞的新机制有两个特点:一是黑洞可以在数亿年内迅速形成，二是这种黑洞的质量增长在星系棒的动态约束下是自我限制的。这也使得我们的理论补充了现有的黑洞合并模型，并为超大质量黑洞的形成提供了另一个可能的来源。”沈俊泰告诉《中国科学》的记者。(黄鑫)

《中国科学日报》(第六版，2017年12月25日)