天文學家可能發現了超質量黑洞的「種子」

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這個畫家的圖解,描述一個可能形成超質量黑洞的”種子”。 NASA/CXC/M. Weiss/STScI/Scuola Normale Superiore

幾乎在每一個星系的中心,是一個超質量黑洞,質量不是數十億倍、就是數百萬倍太陽的質量。這些巨大天體的來源依舊是一個很大的謎,但一群義大利天文物理學家可能找到一個解決這個問題的重要線索。

來自義大利比薩高等師範學校(Scuola Normale Superiore in Pisa)的Fabio Pacucci和他的同事,偵測到兩個非常有趣的天體,兩個很小型的黑洞,他們相信可能是超質量黑洞的種子。這些天體會被偵測到,要歸功於錢卓拉X射線天文臺(Chandra X-ray Observatory)、哈伯天文望遠鏡,以及史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope),而且他們的質量估計超過太陽的十萬倍。

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這項研究已經被接受在英國皇家天文學會月報(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)發表,預印版在線上的資料庫預印本網站(arXiv)可以得到。這些天體是所謂的”直接崩塌的黑洞(direct collapse black hole)”,直接從巨大氣體雲崩塌所形成,而不是從單獨一顆恆星走向超新星所形成。

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藉由多個小型黑洞合併在一起,來創造出超質量黑洞是有可能的,但這個程序需要很長的時間。宇宙在不到十億年的時候,已經有大型的超質量黑洞,在那時候是不可能經由這個方式,來造出一個十億倍太陽質量的黑洞。

Pacucci說:「這是一個重要卻很難回答的問題,我們在觀察大爆炸後不到十億年的一個質量為太陽十億倍的黑洞。」

問題有一個理論上的解決方法。大約在十年前,科學家認為有可能非常快地形成一個超質量黑洞,如果它是從一個中型質量黑洞形成,一個典型的十萬倍太陽質量的黑洞。

超質量黑洞black-hole

形成這些中型質量黑洞的條件只有在宇宙初期時出現,現今的大型氣體雲傾向變成碎片和形成小恆星。 碎片只可能在氣體雲是冷的時候,而且”冷卻劑”是比氦還要重的要素,也就是金屬和氫分子。宇宙初期是沒有金屬的,所以最先的恆星是非常大以及非常亮的。這些恆星的光破壞了氫分子,因此,這些雲無法冷卻下來;取而代之的是,崩塌成非常大的黑洞。

Pacucci補充:「我們的研究認為我們觀察到宇宙初期最早的兩個直接崩塌的黑洞的例子。直接崩塌的黑洞是在宇宙最早天體形成之間,它們不像由恆星形成的黑洞那樣小,它們不像超質量黑洞那麼大,它們是這兩個等級之間的遺失連結。

研究小組計畫主導對這些天體接下來的觀察,來證實他們所展示超質量黑洞種子的期待中的特性。未來的觀察,像是詹姆斯.韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)和歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope),希望看到宇宙更遠的地方,並且發現更多這種天體。

來源: Iflscience