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超大質量黑洞怎麼形成的?日本天文學家稱其來自於超大質量恆星


黑洞已經被認為是宇宙中一種普遍存在的天體。而超大質量黑洞(又稱巨型黑洞)是宇宙中質量和體積最大的單一天體類型,比如在我們銀河系中心位置,就有一個相當於太陽的431萬倍質量的超大質量黑洞,而在銀河系的鄰居仙女座星系的中心,有一顆大約1億倍太陽質量的黑洞,去年公布的首張黑洞照片的m87中心黑洞,質量更是達到了太陽的56億倍,不過它還並不是最大質量的黑洞,已知質量最大的黑洞為Ton618,相當於太陽質量的660億倍。

那麼這樣的巨型黑洞是如何形成的呢?一般認為它是在宇宙大爆炸的初始階段,在較小的宇宙空間中有一些物質密度極高的區域,直接塌陷形成了黑洞,之後這些黑洞又不斷的吸附其周圍的物質,使得其質量越來越大,中成為了星系或類星體的中心,這便是超大質量黑洞的由來。

不過最近日本的天文學家提出了一種新的超大質量黑洞形成理論,他們認為超大質量黑洞仍然是有超大質量恆星形成的,這些超大質量恆星位於物質極為豐富的氣體雲中,在氣體雲的中心位置,這樣的恆星很多,其中有不少都會坍縮成黑洞,這些黑洞會互相合併,而且也會吞噬恆星、行星及星雲等,這樣都會導致其質量越來越大,最終成為超大質量黑洞。

為了研究超大質量黑洞的形成,日本東北大學的鄭升明研究員與大向一行教授使用了日本國立天文台的超級計算機「Aterui II」進行理論模擬,發現上述的過程是成立的,合理的,在一團氣體雲的中心位置,先是形成了巨型恆星,而氣體雲周圍的氣體快速分裂形成了較小的恆星,模擬顯示較小的恆星與氣體一同向中心移動,與氣體雲中心的大質量恆星發生了衝撞和合併事件,使得氣體雲中心的大質量恆星得以高效成長,甚至產生了約一萬倍太陽質量的巨型恆星。

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兩位科學家由此提出了關於超大質量黑洞起源的新假說,推論認為之後這些超大質量恆星將繼續演化,並很快形成黑洞,由於黑洞所處位置的物質極為豐富,以及它能非常迅速的吸收外圍物質,使自己的質量變得更大,通過長時間不斷的合併和吸收物質,它終將會成為超大質量黑洞。

天文學家們觀測到的類星體和這一模擬推論的結果很相似,這類天體距離我們大都非常遙遠,一般都在100億光年以上,說明其形成的時間較早,不過類星體的質量已經非常龐大,如上面提到的Ton618的質量在太陽的660億倍左右,距離我們約104億光年,也就是說觀測到的這個類星體黑洞志奇104億年前的樣子,那個時候宇宙才形成34億年左右,在這樣短的時間中,日本天文學家提出的這種新理論基本無法產生如此巨大質量的黑洞,因此超大質量黑洞的形成理論還有待進一步研究。

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