驚人!黑洞是如何長成10億個太陽質量

  據報道,在宇宙的盡頭有著質量相當於太陽幾十億倍的巨大黑洞。這些巨型天體——類星體——以星際氣體為食,連續不斷的吞沒大量氣體。

  氣體在被吞噬以及在黑洞引力作用下被碾碎的過程中會釋放出的光,後者穿越宇宙經過亙古進入地球上望遠鏡的觀測範圍,從而揭示了自己的存在。因此觀測宇宙的邊緣就是在回溯過去。

  我們所觀測到的其實是這些遙遠古代類星體的“嬰兒照片”,它們被拍攝於宇宙大爆炸後10億年以內:也就是年輕宇宙的怪獸嬰兒。

  一般來說,年輕黑洞形成於巨大恆星——質量一般為太陽質量的10倍以上——在自身核燃料耗盡後的巨大爆炸。沒有恆星內核的原子熔爐推擠引力,恆星便會自我坍塌,大多數物質都會以巨大超新星爆炸的形式向外猛衝,而剩餘的則向內坍塌,形成質量約為太陽10倍的黑洞。

在宇宙的盡頭有著質量相當於太陽幾十億倍的巨大黑洞

  自這些古代類星體被發現起,科學家們都非常好奇究竟是什麼過程導致宇宙大爆炸後小型黑洞吞噬並膨脹到這樣的程度。事實上好幾個過程都限制了黑洞增長的速率。

  例如,氣體一般不會直接落入黑洞,而會變道形成緩慢旋轉的流,逐滴落入黑洞。當氣體最終被黑洞吞噬,它釋放出的光會推動氣體。光抵消了引力並減慢了落入黑洞的流。

黑洞已經積累了相當於10000個太陽的質量

  因此,這些古代類星體究竟是如何生長的?以色列魏茨曼科學研究所粒子物理學和天體物理學學院院長塔爾·亞歷山大(Tal Alexander)教授和美國耶魯大學天文學和物理學學院教授普裡亞目瓦達·那達哈間(Priyamvada Natarajan)合作進行的研究提出了一種解決方案,它被發表在期刊《科學》上。

  他們的模型始於早期宇宙一個小型黑洞的形成。在那時,宇宙學家相信氣體流非常寒冷密集, 包含大量物質,後者比現在宇宙裡觀察到的稀薄氣體流要更密集。

  飢餓新生的黑洞四處移動,因周圍新生嬰兒恆星的撞擊而不斷改變方向。快速的“之”字形運動導致黑洞持續掃動大量氣體至軌道上,直接拖拽氣體的速度是如此高以至於氣體無法形成緩慢旋轉的運動。

  黑洞越大,它吸食的速率越高;這一生長率高於指數增長。大約經過了1000萬年後——這在宇宙時間裡相當於一眨眼的時間——黑洞已經積累了相當於10000個太陽的質量。自那時起,異常的增長速率逐漸減慢到比較合適的程度,但黑洞的未來已經定型——它最終將達到10億個太陽的質量。





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