天文學家預言超大黑洞種子在觀測中現身的可能

近年來的觀測顯示，幾乎所有星系中心都有一個超大質量黑洞。然而，超大質量黑洞的起源為何？至今仍是個謎。這次由日本國立天文台與台灣中研院天文所主導的國際研究團隊指出，根據他們的計算，即將升空的韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，簡稱 JWST），有機會能觀測到造成這種超大質量黑洞的前身 – 早期宇宙中質量高達數萬太陽質量的超新星！

目前觀測到最大的黑洞，質量高達數百億太陽質量。這麼大的黑洞是怎麼誕生的呢？現今的主流觀點，認為是早期宇宙中初代大質量恆星死亡後形成的黑洞，然後這些黑洞種子不斷吸積週遭氣體來壯大自己，最後形成今日看到的超大質量黑洞。然而這個理論提出後卻遭到挑戰，因為目前觀測到的恆星質量，最大約一兩百個太陽質量，但如果早期宇宙中這種恆星死亡後變成黑洞，需要一直保持在最高的吸積效率，才能形成今日觀測到的質量高達數億以上太陽質量的黑洞。可是在物理機制上，要一直維持高吸積率是非常困難。

中央研究院天文及天文物理研究所的陳科榮助研究員，在2014年的研究論文中，就提出一種全新的相對論性不穩定超新星機制，能造成少數的超大質量恆星（104至105太陽質量）產生超新星爆炸。陳科榮表示：「早期宇宙中可能有少數的初代恆星具有數萬個太陽質量，它們很有可能是星系中超大黑洞的前身。因為當黑洞種子質量愈大，吞噬周圍物質的效率就越高，不需要一直維持在高吸積率也能快速成長！」

但是要怎麼證實這些巨大恆星曾經存在呢？這是一個觀測上的難題。因為一般來說，這些恆星的最終命運就是塌縮成黑洞，不留下任何蛛絲馬跡。這次根據之前陳科榮提出的超新星模型，研究團隊做了全新的輻射轉移計算，發現即將升空的韋伯太空望遠鏡，是有機會觀測到這種超新星！如果屆時真的觀測到，就可以證實星系中超大質量黑洞的起源就是超大質量的初代星。讓我們拭目以待！

【圖、文：中央研究院天文及天文物理研究所2021年3月10日新聞公佈】研究全文刊登在2021年3月4日出版的英國《皇家天文學會月報》