科学家可能终于知道宇宙中最大、最古老的黑洞来自哪里

宇宙最早时期存在的超大质量黑洞让科学家们感到困惑，但微小黑洞的反复爆炸可能提供了一个解释。

如何在早期宇宙中建造一个巨大的黑洞？一项违反直觉的新预印本研究提出，从大量小动物的爆炸开始。

大量的观测，尤其是詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的观测，已经揭示了铁证如山的证据，表明年轻的宇宙充满了极其巨大的黑洞。尽管天文学家无法直接看到黑洞，但他们确实观察到了类星体——由超大质量黑洞提供动力的超亮物体。当物质落入如此巨大的黑洞时，物质会压缩并升温，释放出巨大的能量。事实上，类星体是整个宇宙中最强大的引擎，能够同时超越数千个星系并持续数百万年。

天文学家可以从整个宇宙看到这些巨大的宇宙灯塔，包括在恒星和星系形成的最早时期。当我们的宇宙只有几亿年的时候，已知最古老的类星体就已经存在。老类星体的存在意味着超大质量黑洞也必须存在，但这个想法对我们目前对星系生长的理解提出了挑战。据我们所知，形成黑洞的唯一方法是通过大质量恒星的死亡。但它们留下的黑洞质量仅为太阳的几倍。要形成类星体，黑洞的质量必须至少是太阳质量的几百万倍。

但类星体在宇宙记录中出现得太早，以至于没有足够的时间让第一批恒星诞生和死亡，然后让它们残余的黑洞合并并积累气体以成长到超大质量状态。

为了解开这个谜团，加州大学洛杉矶分校和东京大学的一组天文学家提出，也许微小的黑洞有助于这一过程。他们的研究出现在预印本数据库 arXiv 中，但尚未提交同行评审。

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在早期宇宙中建造巨型黑洞的一种潜在方法是跳过整个恒星形成阶段，只让巨大的氢气云直接塌缩成黑洞。为了使巨大的氢云塌陷，你必须除去它的热量。但冷氢有一个令人讨厌的习惯，即从游离氢原子转变为双原子氢分子。

氢分子非常擅长通过发射辐射来冷却自己。事实上，太好了。在传统的情况下，在原子氢气云有机会塌缩成单个黑洞之前，它会分裂成许多更小的氢分子袋，每个氢分子袋都会塌陷，形成一堆恒星。

诀窍是让巨大的氢云冷却——但不要太快，以免整个氢云变成一个超大质量黑洞。新研究推测，这就是微小黑洞发挥作用的地方。

大爆炸的最初几秒内，早期宇宙的物理现象非常强烈，以至于宇宙可能直接产生了无数小黑洞，这些黑洞是通过时空本身的泡沫和沸腾的泡沫形成的。然而，这些小黑洞并不会永远存在。它们通过霍金辐射的发射而蒸发，并且可能只有一小部分存活至今。

但在宇宙的早期时代，最初的恒星、星系和黑洞可能要丰富得多。当它们蒸发时，它们发出辐射，研究人员发现这些小黑洞可以释放适量的热量，以防止巨大的气体云分裂成分子氢团块，从而使云缓慢而稳定地塌缩成一个单一的气体云。巨大的黑洞。

这个结果很有趣，因为它没有调用更奇特的能量释放形式或添加新的自然力。它还表明，即使是相对简单的物理学也可以在早期宇宙中以奇怪和不熟悉的方式相互作用。

研究人员希望通过更全面的模拟来跟进他们的初步研究，看看他们的模型是否能够在早期宇宙中产生正确丰度的巨型黑洞，并寻找 JWST 等望远镜可以用来验证这一想法的观测线索。 。