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超大質量的黑洞是如何變得如此巨大而笨重的？科學家們仍然不知道

一位藝術家是這樣描述超大質量黑洞的圖

活動星系是宇宙中迄今為止最明亮的物體，它們由位於其中心地帶的巨大黑洞驅動著。但是尋找這些巨型黑洞的起源對於天文學家來說是極富挑戰性的工作。新的觀察結果又再次強調了這種困難的存在。

儘管模擬技術發現黑洞應該是在宇宙早期快速成長起來的，但是當天文學家回溯過去的時候，他們沒能發現更多相關的結構和證據。直到現在，天文學家們仍在探索，針對黑洞成長的新研究也在繼續展開。

巨型黑洞的形成

讓我們回到過去。宇宙中最大的黑洞本身就是一個彌天大謊，其質量比太陽還要大數百萬甚至數十億倍。為了達到這不可思議的尺寸，他們會消耗相當於數十億年來所有氣體總量的東西，不斷地用落入它們引力範圍內的這些東西來壯大自己。

但是這些超大質量黑洞的起點肯定是比平均值還要大的，在他們成為“宇宙胖子”的道路上，這給他們提供了搶跑的機會。我們現在還不確定是什麼導致了宇宙中的超大質量黑洞，但是關於這個問題，有兩種不同的學派提出了自己的想法。

其中一種看法是，當第一代恆星出現在宇宙中的時候，超大質量黑洞也隨之出現了。這些恆星是由純氫和氦（因為在那時沒有更重的元素）組成的，他們體積巨大，或許是太陽尺寸的幾百倍。他們在泰坦尼克號超新星爆發中快速成長、快速死亡，留下了爆炸的核心物質——-第一個黑洞。

另一種看法是，也許第一個最大的黑洞從來都不是恆星。取而代之的，或許當氣體雲變得不穩定並相互碰撞之時，才形成了這樣的物體。這就解釋了為什麼巨型黑洞在宇宙的歷史中出現如此之早、以及他們是如何成長得如此迅速並變得如此巨大這一命題。

巨型黑洞的形成

無論如何，今天這巨物早在宇宙誕生初期就已經萌芽，在它不到十億歲的時候。但是，以這些物質剛誕生時的大小，它們仍然需要不斷擴張自己來變成今天這樣的龐然大物。計算機所模擬出的恆星、黑洞、星系以及氣體在早期宇宙中的形態表明，這些黑洞成長迅速，在它們形成的幾億年之內就能達到龐然的形態。

天文學家們知道如何認出如此膨脹的黑洞：餵養黑洞形成活躍星系的心臟。隨著所有氣體被塞入黑洞的咽喉中，它收縮並升溫到百萬度。這些熱氣發射出的炙熱的x光明亮到使它們能在數十億光年之外被看到。所以當我們在天空中看到一個巨大且明亮的x光源，我們知道數萬億噸氣體正掉進黑洞之中。

但是儘管科學家們已經在周遭的宇宙中識別了數十萬個活躍星系，我們也僅僅只在年輕的宇宙中看到了少數。（因為光的傳播需要時間，研究宇宙遙遠的角落相當於在回顧過去。）

這就是說，科學家們在極遠距離下發現的活躍星系在過去是極其強大的。例如，已知的最遠的星系，稱為 ULAS J1342+0928，早在宇宙只有6。9億歲時就安然存在並擁有一個質量為太陽的八億倍的巨大黑洞。

榮耀之光

儘管這些巨大的活躍星系是壯美的，科學家們真正想要知道的是它們是否是早期宇宙的典型又或者只是非常規的極端現象。

在研究中，科學家們表明在早期宇宙中已知的活躍星系只是例外，並不常規。結合NASA的錢德拉X光天文臺的觀測和在更長波段的探查，天文學家們能夠在廣袤的天空中識別出可能在年輕的宇宙中候選的活躍星系。

在對資料進行分類篩查以及排序之後，人們列出了所有超大質量黑洞的名單，總共五個。沒錯，在人們對於早期宇宙的整個探索過程中，只發現了五個活躍星系。並且，由於測量存在不確定性，這些星系可能距離我們更近，形成也更晚一些。

這些發現似乎與超大質量黑洞在宇宙形成了二十億年的時候經歷了快速生長期並因此在廣闊的距離中變得常見這一模擬相矛盾。雖然我們有一些指向，但它們看上去更像是超大質量黑洞典型的形成過程中不可思議的一站。

那麼我們怎樣才能從早期宇宙的萌芽中窺視到今天的巨大黑洞呢？眼下，這個領域仍然籠罩著神秘的面紗，未曾揭開。

這項研究的預印本發表在arXi上，並最終在《天體物理學雜誌》上發表出版。

榮耀之光

超大質量黑洞（SMBH或SBH）是最大的黑洞種類，包含了相當於幾十萬到幾十億倍太陽質量的物質。黑洞是一類經歷了引力坍縮的宇宙物質，留下一個球狀區域，任何物質都不能從中逃脫，甚至是光。觀測證據表明，幾乎所有大星系都含有一個超大質量黑洞，位於星系中心。在銀河系中，超大質量黑洞與人馬臂A*在星系核心中的位置類似。星際氣體在超大質量黑洞上吸積的過程就是類星體和其他種類的活躍星系核產生能量的過程。

黑暗深處的探索

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：Paul Sutter

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