早期宇宙中那些令人毛骨悚然的超大黑洞是直接坍缩的结果吗？

詹姆斯韦伯太空望远镜在早期宇宙中发现了令人费解的黑洞。到底是怎么回事？

为什么早期宇宙中的黑洞这么大？

图片来源：Vadim Sadovski/Shutterstock.com

JWST 对宇宙的观察比我们以前见过的更深入，发现了大爆炸后仅 3.3 亿年出现的星系。

回顾宇宙这么远，我们发现了一些惊喜，包括那些不断出现的怪异大黑洞，混淆了我们关于黑洞如何形成的理论。我们在近（更近）的宇宙中看到的超大质量黑洞，正如其名称所暗示的那样，非常大。宇宙学家想知道这些位于大多数（但不是全部）星系中心的超大质量黑洞是如何变得如此大的。

有许多理论，包括黑洞合并，以及黑洞通过进食而成长。这些早期黑洞似乎太大了，无法用这些想法来解释，与周围的星系相比，它们比宇宙学家预期的要大得多。

“总的来说，我们发现 JWST 观测到的年轻星系中的黑洞质量大约比本地宇宙中的标度关系预测的大 10 到 100 倍，”亚利桑那大学教授、论文合著者范晓辉说道。对这些超大黑洞的研究，在一份声明中说。 “与现在相比，早期星系中恒星质量与黑洞质量的比率在十几亿年前要低得多。这一结果对于研究第一批黑洞具有重要意义。”

另一个想法是“直接塌缩”或“重种子”黑洞，根据最近的观察，它可能变得更有可能是正确的。通常，为了获得恒星质量的黑洞（在宇宙的当前年龄），恒星会经历坍缩。

NASA 解释说：“当一颗质量超过 20 个太阳质量的恒星耗尽其核心的核燃料并在自身重量的作用下坍缩时，就会形成恒星质量的黑洞。” “塌缩引发了超新星爆炸，炸掉了恒星的外层。但是，如果被压碎的核心质量超过太阳质量的三倍，那么没有任何已知的力量可以阻止其塌缩成黑洞。”

对于重种子黑洞，人们的想法是，超大质量黑洞会在大约 10,000 到 100,000 个太阳质量的时候开始，通过巨大气体云的直接引力塌缩，没有中间恒星阶段。有一些事情也可能使这种情况不太可能发生。气体云需要塌缩，而不会破碎并形成团块，尽管天文学家建议，如果气体云被银河系前气盘中附近的年轻恒星加热，或者如果气体云以早期宇宙中的超音速“流动”，使它们能够生长更长时间，直到引力足以开始云团塌缩成种子黑洞。

一个团队已经声称在对 UHZ1 星系的观测中看到了一些直接塌缩洞的证据，表明该黑洞对于其周围的星系来说太大了，而且黑洞是由恒星塌缩和合并形成的还为时过早– 但是，现在确认直接塌缩黑洞还为时过早。希望进一步的观察将有助于解开我们当前的超大质量黑洞是如何形成的，以及它们是由轻种子还是重种子形成的谜团。