藝術(shù)家對(duì)超大質(zhì)量黑洞的渲染。(圖片鳴謝:uux.cn/馬克·加爾利克/科學(xué)圖片庫(kù)/蓋蒂圖片社)
（神秘的炸后質(zhì)量地球uux.cn）網(wǎng)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：：科學(xué)家們現(xiàn)在明白，超大質(zhì)量黑洞潛伏在大多數(shù)(如果不是黑洞何變長(zhǎng)春大學(xué)生空乘兼職上門服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)全部)星系的中心。這些宇宙巨人的大爆質(zhì)量是太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍，然而當(dāng)超大質(zhì)量黑洞出現(xiàn)在局部宇宙中，炸后質(zhì)量從而出現(xiàn)在宇宙歷史中時(shí)，黑洞何變巨大的大爆體積并不構(gòu)成問(wèn)題。
然而，炸后質(zhì)量超大質(zhì)量黑洞成為一個(gè)問(wèn)題，黑洞何變當(dāng)它們?cè)谠缙谟钪嬷斜话l(fā)現(xiàn)時(shí)，大爆它們已經(jīng)有相當(dāng)于幾十億個(gè)太陽(yáng)的炸后質(zhì)量質(zhì)量。這是黑洞何變因?yàn)橐欢ㄓ心撤N機(jī)制允許超大質(zhì)量黑洞快速聚集質(zhì)量并增長(zhǎng)到如此巨大的尺寸，然而所有現(xiàn)有的大爆增長(zhǎng)機(jī)制都表明這一過(guò)程進(jìn)展太慢，像這樣的炸后質(zhì)量物體在大爆炸后就不存在了。
“在過(guò)去的黑洞何變二十年里，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量與本地宇宙相同，因此是更近的宇宙——幾十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量——大約在130億年前，大爆炸后不到10億年，”Maynooth大學(xué)的長(zhǎng)春大學(xué)生空乘兼職上門服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)皇家社會(huì)大學(xué)研究員約翰·里根告訴Space.com。
里根用一個(gè)有點(diǎn)令人不安的類比描述了這個(gè)問(wèn)題。“這就像看到一個(gè)家庭走在街上，他們有兩個(gè)六英尺高的青少年，但他們也有一個(gè)六英尺高的蹣跚學(xué)步的孩子。這就有點(diǎn)問(wèn)題了，這個(gè)蹣跚學(xué)步的孩子是怎么長(zhǎng)得這么高的？宇宙中的超大質(zhì)量黑洞也是如此。它們是如何這么快變得如此巨大的？”
今年，當(dāng)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)發(fā)現(xiàn)了最遙遠(yuǎn)和最早的超大質(zhì)量黑洞時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得更加復(fù)雜。這個(gè)黑洞位于CEERS 1019星系的中心，質(zhì)量是太陽(yáng)的900萬(wàn)倍，這使得它對(duì)于超大質(zhì)量黑洞來(lái)說(shuō)相對(duì)較小。
然而，即使在這種規(guī)模下，大爆炸后僅5.7億年就存在的黑洞對(duì)黑洞增長(zhǎng)理論提出了挑戰(zhàn)。這個(gè)900萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞并不孤單。揭示這個(gè)超大質(zhì)量黑洞的同一個(gè)觀測(cè)活動(dòng)，宇宙演化早期釋放科學(xué)(CEERS)調(diào)查，也發(fā)現(xiàn)了另外兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它們分別存在于大爆炸后的10億年和11億年。
加拿大西安大略大學(xué)教授Shantanu Basu告訴Space.com說(shuō):“隨著每一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，我們現(xiàn)有想法的約束變得更強(qiáng)。”“當(dāng)大爆炸后8億年發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞時(shí)，我們很擔(dān)心。CEERS極大地增加了挑戰(zhàn)。”
這表明超大質(zhì)量黑洞在宇宙的相對(duì)嬰兒期是常見(jiàn)的，而不是一些宇宙罕見(jiàn)的東西，因此給尋找解釋它們?nèi)绾蔚竭_(dá)那里的機(jī)制帶來(lái)了更大的壓力。
黑洞是如何控制自己的飲食的？
除去宇宙大爆炸后遺留下來(lái)的原始黑洞，黑洞的三個(gè)主要類別是恒星質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽(yáng)的5至100倍，中等質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的100至10，000倍，以及上述質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。
當(dāng)最大質(zhì)量的恒星(相當(dāng)于30到130個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量)耗盡核聚變?nèi)剂希瑹o(wú)法再抵抗自身重力時(shí)，就會(huì)形成恒星質(zhì)量黑洞。當(dāng)這些恒星的外層在巨大的超新星爆炸中被吹走時(shí)，核心坍塌產(chǎn)生了恒星質(zhì)量的黑洞——空間區(qū)域的中心有一個(gè)無(wú)限密度的點(diǎn)，稱為奇點(diǎn)，外部邊界稱為事件視界，重力如此之大，甚至連光都無(wú)法逃離它。
超大質(zhì)量黑洞必須以不同于恒星質(zhì)量黑洞的方式形成，因?yàn)橐活w恒星不可能大到足以擁有初始質(zhì)量來(lái)擺脫質(zhì)量，因?yàn)樗ㄟ^(guò)像超新星這樣的事件演變，伴隨著恒星的引力坍縮，但仍然留下一個(gè)足夠大的核心，成為超大質(zhì)量黑洞。
多年來(lái)，天文學(xué)家一直認(rèn)為超大質(zhì)量黑洞可以從比它小得多的“種子黑洞”開始它們的生命。首先以物質(zhì)為食，然后在它們所在的星系碰撞時(shí)與其他黑洞合并，這也為這些萌芽的超大質(zhì)量黑洞提供了氣體和塵埃。
當(dāng)這些宇宙種子發(fā)現(xiàn)自己被大量物質(zhì)包圍并貪婪地享用這些物質(zhì)以快速成長(zhǎng)為超大質(zhì)量黑洞時(shí)，恒星質(zhì)量黑洞種子的增長(zhǎng)可能會(huì)發(fā)生。

宇宙的時(shí)間線。在宇宙大爆炸數(shù)十億年后發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞是意料之中的，但在第一批恒星形成時(shí)發(fā)現(xiàn)它們更令人驚訝。(圖片來(lái)源:uux.cn/歐空局)
然而，這個(gè)過(guò)程應(yīng)該被稱為愛(ài)丁頓極限的東西所阻礙。正在進(jìn)食的黑洞的光度或亮度與它們聚集質(zhì)量的速度成正比。黑洞消耗物質(zhì)越快，增長(zhǎng)越快，增長(zhǎng)越快，周圍環(huán)境噴出的電磁輻射就越多。但是，如果黑洞周圍以射流形式發(fā)出的電磁輻射足夠強(qiáng)烈，它就會(huì)以物理方式將物質(zhì)推開。這意味著黑洞“吃”得越快，它的食物供應(yīng)就越有可能被中斷和推開，從而停止增長(zhǎng)。
艾丁頓極限意味著黑洞需要數(shù)十億年才能吸積足夠的物質(zhì)達(dá)到超大質(zhì)量黑洞的狀態(tài)。里根是一個(gè)研究小組的成員，該小組研究了一種名為“超級(jí)愛(ài)丁頓吸積”的東西，這可以解釋早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的快速增長(zhǎng)。他解釋說(shuō)，這不會(huì)有什么特別的，只是正常黑洞進(jìn)食的一個(gè)更快速的版本
這將導(dǎo)致進(jìn)料的快速“發(fā)作”,物料被噴嘴推開，停止進(jìn)料，從而切斷噴嘴。這使得物質(zhì)落回黑洞，從而引發(fā)另一輪瘋狂的盛宴。然而，里根和他的同事發(fā)現(xiàn)這種解釋并不令人滿意。
“如果你把這個(gè)喂食周期平均一段時(shí)間，它實(shí)際上比愛(ài)丁頓率要低，”里甘說(shuō)。“一兩個(gè)周期可能沒(méi)問(wèn)題，但總的來(lái)說(shuō)，隨著時(shí)間的推移，這不是很好，因?yàn)樗粫?huì)持續(xù)下去。所以我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這不是一個(gè)真正解釋超大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)的偉大機(jī)制。”
黑洞能走捷徑獲得超大質(zhì)量狀態(tài)嗎？
Regan說(shuō)，另一種可能有助于解釋超大質(zhì)量黑洞的快速增長(zhǎng)的想法是，它們從中增長(zhǎng)的種子黑洞是巨大的。
“我們有輕種子和重種子，所以超大質(zhì)量黑洞可能在100個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)誕生，并一直發(fā)展到超大質(zhì)量黑洞，或者它們可能從比太陽(yáng)大10萬(wàn)個(gè)質(zhì)量開始，并從那里發(fā)展，”里根說(shuō)。“如果它們想要成長(zhǎng)，一個(gè)小黑洞必須格外幸運(yùn)，發(fā)現(xiàn)自己處于一個(gè)周圍有很多很多氣體的稠密環(huán)境中。但這不太可能。
“它比一個(gè)小黑洞更有可能在沒(méi)有氣體的環(huán)境中找到自己。所以那些小黑洞種子不太可能生長(zhǎng)。”
巨大的黑洞種子仍將不得不進(jìn)入這些密集的環(huán)境，但至少它們會(huì)領(lǐng)先于較小的種子。回到六英尺嬰兒的類比，里根解釋說(shuō)，如果這個(gè)孩子出生時(shí)有普通嬰兒的長(zhǎng)度，那么這個(gè)孩子的成長(zhǎng)就更難解釋了。但是，如果這個(gè)嬰兒出生的時(shí)候已經(jīng)有三英尺長(zhǎng)了，那么他變成六英尺高的蹣跚學(xué)步的孩子就不難解釋了。

一幅插圖顯示了一個(gè)正在進(jìn)食的超大質(zhì)量黑洞。這些物體的早期例子是如何在大爆炸后這么快就變得如此巨大的？(圖片鳴謝:uux.cn/NRAO/AUI/美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，s .達(dá)格內(nèi)洛)
對(duì)此進(jìn)行研究的問(wèn)題是，與蹣跚學(xué)步的孩子不同，黑洞除了它們的質(zhì)量、角動(dòng)量(自旋)和電荷之外，缺乏任何特征。科學(xué)家稱之為“無(wú)毛定理”，這意味著黑洞看似簡(jiǎn)單，并不攜帶關(guān)于其歷史或進(jìn)化的信息。
“如果你在你的花園里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞，你不能通過(guò)觀察它來(lái)了解它，不知道它是昨天、一分鐘前還是十億年前到達(dá)那里的。它沒(méi)有歷史，沒(méi)有指紋，”他繼續(xù)說(shuō)道。“所以當(dāng)我們觀察今天或130億年前的黑洞時(shí)，我們不知道它的年齡，所以我們不知道它能夠增長(zhǎng)多久。”
Basu補(bǔ)充說(shuō)，觀察早期宇宙中黑洞膨脹的喂養(yǎng)過(guò)程是不可能的，因?yàn)樗x我們?nèi)绱诉b遠(yuǎn)，但檢測(cè)超大質(zhì)量黑洞喂養(yǎng)在未來(lái)可能是可能的。“早期宇宙中假設(shè)的超大質(zhì)量恒星會(huì)非常明亮，亮度可能是我們太陽(yáng)的100億倍。如果這些天體在宇宙大爆炸后的幾億年后還存在，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)或歐幾里德望遠(yuǎn)鏡就有可能探測(cè)到它們。”
盡管存在這些問(wèn)題，Regan相信，通過(guò)研究早期宇宙中的黑洞和潛在的重種子，科學(xué)家將很快能夠構(gòu)建一個(gè)超大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)圖。他特別指出了激光干涉儀天基天線(LISA)的發(fā)射，這是一種天基引力波探測(cè)器，將幫助科學(xué)家更好地限制早期宇宙中黑洞的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
“我認(rèn)為我們?cè)谶^(guò)去10年取得了巨大的進(jìn)步。巨大的。在未來(lái)十年，我們也將繼續(xù)取得巨大進(jìn)展。，”里根說(shuō)。“從這些人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中推斷出來(lái)，將讓我們非常非常好地處理遙遠(yuǎn)宇宙中發(fā)生的合并數(shù)量，這些合并涉及的黑洞正好在我們需要的質(zhì)量范圍內(nèi)，質(zhì)量約為太陽(yáng)的10萬(wàn)倍。
“我認(rèn)為我們很有可能在未來(lái)5到10年內(nèi)解決這個(gè)問(wèn)題。”