新研究顯示超大質量黑洞可能是由暗物質形成

一項新的理論研究提出一種由暗物質產生超大質量黑洞的新穎機制。一組國際研究團隊發現，與傳統的形成正常物質的情況不同，超大質量黑洞可以直接由星系中心高密度區域的暗物質形成，這個結果對早期宇宙的宇宙學具有關鍵意義。

最初形成超大質量黑洞的確切方式是當今星系演化研究中的最大問題之一。早在大爆炸發生後的八億年，就已經觀察到超大質量黑洞，但它們如何迅速生長目前仍然無法解釋。

標準的模型涉及正常的重子物質（組成恆星，行星和所有可見物體的原子和元素）在重力作用下合攏形成黑洞，然後隨著時間而增長。然而，這項新的研究，調查由暗物質製成的穩定的銀河核心的潛在存在，由稀釋的暗物質光環包圍，發現這些結構的中心可能變得非常集中，一旦達到了臨界值，它們也可能坍塌成為超大質量黑洞。

根據該模型，這個機制比其它提議的形成機制發生得快得多，並且可能使早期宇宙中的超大質量黑洞在它們所居住的星系之前形成。

由阿根廷國立拉普拉塔大學（Universidad Nacional de La Plata）和國際相對論天體物理中心網絡（International Center for Relativistic Astrophysics Network，簡稱 ICRANet）卡洛斯·阿圭列斯（Carlos R. Argüelle）為首的研究員團隊表示：「這種新形成的情況，可以解釋超大質量黑洞，如何自然形成於宇宙早期，而無需事先恆星形成，或者需要以不切實際的積聚率引起種子黑洞。」

新模型的另一個有趣的結果是，對於較小的暗物質光環，例如：圍繞某些矮星系，那些可能無法達到坍塌成黑洞的臨界質量。可能會留下帶有中心暗物質核，而不是預期的較小矮星系黑洞。這樣的暗物質核心，仍然可以模仿常規中心黑洞重力特徵，而暗物質的外部光暈也可以解釋觀測到的星系旋轉曲線。

阿圭列斯補充說：「這個模型顯示暗物質光環如何在其中心隱藏密集的濃度，可以幫助理解超大質量黑洞形成過程中，起著至關重要的作用。這是我們第一次證明這種星系核心中暈暗物質分佈，確實可以在宇宙學框架內形成，並且在宇宙的整個生命週期中都保持穩定。」

研究團隊希望進一步研究在我們的宇宙成立之初，為超大規模黑洞的形成，提供更多的資料，並希望研究包括我們銀河系在內的非活動星系中心，是否可能成為這些密集暗物質的宿主。

【圖：歐洲南方天文台；文：節譯自科英國皇家天文學會2021年2月22日新聞公佈改編】 研究全文刊登在2021年2月22日出版的英國《皇家天文學會月報》