宇宙超大质量黑洞如何形成 揭秘诞生全过程

　　超大质量黑洞，指的是那些质量为太阳几百万倍甚至几十亿倍以上的黑洞。它们是宇宙间的巨大怪兽，隐藏在几乎每一个大型星系的中央。

　　这些超大质量黑洞究竟是从哪里来的？是由较小黑洞成长起来的吗？根据当前的测算，宇宙的年龄大约是138亿岁，也许这段时间足够长，足以让较小的黑洞成长为巨兽。但观测结果却并不支持这样的推论。

　　我们知道，离我们越远的星系，所存在的时间离宇宙的诞生之时也越近。如果超大质量黑洞是从小到大逐渐成长起来的，那么星系离我们越远，中心黑洞的质量就会越小。但是事实上，遥远星系中心黑洞的质量和现代宇宙星系中心黑洞的质量相差无几。

　　由此我们可知，在现代宇宙的大尺度结构成形之时，这些黑洞就已经在那里了。我们并不知道它们是不是在恒星出现之前就已经存在，但我们至少知道，在我们今天所知的最早的大型星系中心，就已经有了它们的身影。

　　有人认为，它们是伴随着宇宙的起源一同诞生的。但这样的观点没有理论依据，也和我们的观测结果——比如宇宙微波背景——不相吻合。

　　可能靠谱的解释有两种。一种认为，在宇宙的早期，大约是前三十亿年时，曾经出现过“灾难性”的“星暴”事件。所谓“星暴”，是指星系内的大批恒星在短时之内同时诞生。这其中有许多大质量恒星，它们既明亮又短命，在短短几百万年的时间尺度内，它们迅速形成和死去，爆发为超新星，内核坍缩成恒星级黑洞。随后这些黑洞因为引力的相互影响，有的被甩出星系，有的则进入星系中心，在那里发生合并，在相对较短的时间内形成了超大质量黑洞。这是一种简单而保守的解释，但并不充分。

　　去年，科学家们发现了一个名为CR7的早期星系。有证据显示，这个星系里的恒星很可能是宇宙诞生后形成的首批恒星之一。

　　假如我们认为，超大质量黑洞是由星暴产生的，那么这个星系中所存在的一种特别的现象就与之有些相悖了。因为美国哈佛大学和德克萨斯大学的三位科学家Aaron Smith、Volker Bromm和Abraham在一篇论文里阐述了一个令人震惊的观点：这个星系里可能已经存在着一个超大质量黑洞！

　　▲艺术家描绘的CR7星系。它内部可能存在着一批直接从宇宙原初物质中产生的恒星。欧洲南方天文台

　　这个观点所基于的，就是超大质量黑洞起源理论中的另一种解释——也就是说，它们的“种子”是由原初物质直接坍缩而成的，而且在曾相对较短的时间内得到过快速成长。

　　CR7是一个小型星系，它发出的光线用了130亿年才到达我们眼中。紫外线在这趟漫长的旅程中因为宇宙的膨胀而被拉伸成了红外线。但那些因紫外线的电离作用而发出的谱线特征依然存在。氢和氦，它们存在于星系中的位置稍有不同。2015年，天文学家在高精度观测中发现，星系中氢发射线的移动速度要稍快于氦发射线的移动速度。在用计算机进行模拟后，这三位科学家发现，这个星系的中央，很可能存在着一个巨型的辐射源，它产生了一个离子泡。在这个辐射源的推动下，一个气体外壳正在由内而外地扩张着。

　　对此有两种可能的解释。要么星系中存在着一个温度极高（10万K）的巨型原初星团，要么那里有一个超大质量黑洞。而这两种解释之间唯一的区别是，前者不会在如此大的一片区域内（5万光年），造成氢辐射线和氦辐射线运动速度的差异。

　　这是一个用计算机模拟出来的结果，要对此加以验证，就需要通过观测来获得证据。我们需要观测那里是否存在着黑洞所特有的射电信号（实际上是由黑洞周围物质发出来的）。希望我们能够早日获得答案。