超音速氣體極端運動形成巨大黑洞的種子

從模擬得到黑洞形成的暗物質分佈
黑洞需要很長時間成長,所以人們不會在遙遠的地方看到很多與早期宇宙,因為那時相對應的黑洞的光線直到現在從才到達地球。較小的黑洞「種子」長成這些巨大的黑洞,需要在大爆炸之後十萬年的時間內增加到相當於太陽質量的一百億倍。但是天文學家們在那裏發現了更多的超大質量黑洞,這使得它們不太可能像大多數現代黑洞一樣,通過緩慢吞噬塵埃和氣體的方式來生長。

美國德克薩斯州立大學的平野信吾和同事利用早期宇宙的模擬,分析了超大質量黑洞的前身是如何誕生的。平野信吾黑洞的種子開始於一團暗物質的光暈之中,在大爆炸的混沌中留下了超音速的氣體流。暗物質的重力俘獲了一些流氣體,形成了稠密的雲。通常情況下,密集的氣體雲會分裂並形成許多小恆星,但研究人員發現,流態運動帶來的湍流阻止了雲的碎片化或崩潰。

不過,最終,氣體雲變得足夠大而坍塌,並迅速形成了相當於太陽質量數千倍的恆星。在大爆炸發生後不到八億年的時間內,恆星變成了相當於太陽質量二十億倍的黑洞。

紐約哥倫比亞大學的扎爾坦·海曼(Zoltan Haiman)表示:這些巨大黑洞「種子」在很早的時候就形成了,比其他大多數研究中討論得都早得多。

這些「種子」形成的時間越早,就越難直接觀察到它們,因為人們只能通過非常遙遠的距離觀察早期的宇宙。對早期宇宙中超大質量黑洞的理論進行徹底測試的唯一方法是使用巨大的望遠鏡來尋找它們。幸運的是,下一代的太空望遠鏡也許能夠看得到遙遠宇宙的足夠深度,從而找到「種子」黑洞。

【圖:東京大學;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

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