古老的黑洞挑战了我们对早期宇宙的理解

小夏 科学 更新 2024-01-19

在宇宙中几乎每个星系的中心都坐落着一个怪物:一个质量比太阳重数百万甚至数十亿倍的黑洞。 这些大质量物体何时以及如何形成是天体物理学界的一个悬而未决的问题。

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最近,在发表在《自然天文学》上的一篇文章中,科学家们报道了一个古老的超大质量黑洞的发现,该黑洞存在于宇宙生命的早期。 虽然一些爱好者声称对这些巨型黑洞的观测已经推翻了大**的理论,但这是一个仓促的结论。 然而,非常早期的超大质量黑洞的存在确实需要天文学家重新思考一些事情。

大多数黑洞是在一颗非常大的恒星燃烧掉燃料,然后在自身引力的重压下坍缩时形成的。 具有恒星质量的黑洞通常在太阳质量的5到100倍之间。

相比之下,银河系中心的超大质量黑洞要大得多。 银河系中心的黑洞被称为人马座A*(SGR A*),质量相当于约430万个太阳。 但即使与已知最重的黑洞相比,这相形见绌:在类星体中心发现的ton-618重达660亿太阳质量。

即使在今天,这些巨大的黑洞是如何形成的仍然是一个谜。 虽然有一种观点认为单个恒星质量的黑洞是组合的,但很难想象自138亿年前宇宙开始以来,已经发生了足够多的合并来解释观测到的超大质量黑洞的分布。 更难以想象,巨大的黑洞是在宇宙早期形成的。

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)能够对宇宙开始后数亿年存在的古代星系进行成像。 在上面**中,天文学家将JWST观测结果与钱德拉X射线天文台的单独数据相结合,以确定一个包含超大质量黑洞的遥远星系。 (当黑洞从周围吸收物质时,物质会升温并在向内落下时发出特征性的X射线。

天文学家惊讶地发现,一个古老星系中心的黑洞质量与同一星系中恒星的总质量大致相同。 (从这个角度来看,银河系中心的超大质量黑洞只是整个银河系质量的0。约1%。

考虑到这个古老的超大质量黑洞在宇宙开始后形成的速度有多快,它不可能是由恒星质量黑洞合并形成的。 相反,需要另一种机制。

复杂的模拟表明,在宇宙历史的早期,巨大的气体云有可能直接坍缩成非常大的黑洞——大约是太阳质量的10万倍的黑洞。 人们认为,这些非常大质量的黑洞通过合并和吸收周围环境中的气体而转变为超大质量黑洞。

虽然这是一个已经拥有超大质量黑洞的古老星系的一个例子,但预计还会发现其他黑洞;毕竟,JWST在2024年夏天才开始运营。 最近一篇文章中报告的数据将帮助科学家更好地处理宇宙处于起步阶段时真正发生的事情。

例如,悬而未决的问题包括:超大质量黑洞和星系哪个先出现?银河系是否吸引了附近的银河系外气体,为超大质量黑洞的形成创造了条件?还是黑洞首先形成,从而吸入形成恒星和星系的气体?流入早期黑洞的气体产生的热量如何影响恒星的形成?暗物质在这个过程中扮演什么角色?

这些问题和类似问题的答案正在慢慢成为焦点。

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