黑洞“直接坍塌”或将解释神秘类星体的形成

[ 录入者:zhangms | 时间:2018-01-30 11:02:33 | 作者:叶倾城 | 来源:新浪科技 | 浏览:1589次 ]

新浪科技讯 北京时间1月29日消息,据国外媒体报道,宇宙最早的恒星和星系形成不久,我们发现首批类星体在射电至X射线的电磁光谱中,它们是极端发光的辐射源。仅有超大质量黑洞可能作为这些宇宙庞然大物的引擎,而对于类星体、耀变体和活动星系核(AGNs)都支持这一观点。这里存在一个问题:当时不可能非常快地制造如此大体积的一个黑洞,来解释我们所看到的年轻类星体。今年,科学家发现了黑洞直接崩塌的第一证据,它可能会帮助我们长期以来寻求的答案。

通常情况下,几乎所有“活动星系(active galaxies)”中心区域都存在着超大质量黑洞,但仅有少量星系会释放与类星体或者活动星系核有关的强烈辐射。主流观点认为,超大质量黑洞将吞噬物质,对物质进行加速和加热,导致物质电离化并释放光线。基于我们所观测到的光线,我们能够成功地推断出星系中心黑洞的质量,它的质量会达到太阳的数十亿倍。即使是最早期的类星体,例如:J1342+0928,在宇宙大爆炸之后6.9亿年将释放8亿颗太阳的总质量,当时宇宙的年龄仅是当前的5%。

图中是宇宙最遥远的X射线喷射流,它源自类星体GB 1428,从地球的视角观测,它与类星体S5 0014+81具有相同的距离和年龄,都距离地球120亿光年之遥。

如果你以传统方式试图形成一个黑洞,通过让超大质量恒星演变为超新星,形成小型黑洞,并将它们融合在一起,那么你就会遇到问题。恒星形成是一个剧烈的过程,当核聚变发生时,强烈的辐射将燃烧耗尽剩余气体,否则将形成日益增多的大质量恒星。从附近的恒星形成区域到我们所观测到的最远区域,这一过程似乎仍在进行之中,阻止具有一定质量恒星的形成。

我们有一个非常强大和引人注目的标准模型——超新星爆炸,引力交互作用,通过合并和增积逐渐增长。但是我们所看到的早期类星体质量太大,很难进行解释。其他形成黑洞的已知途径,例如:合并中子星,也无法解释该现象。然而,直接观测到黑洞坍塌可能进行解释,该观点通过2017年发现的3个证据可以进一步验证:一是发现超年轻的类星体,如:J1342+0928,它存在拥有太阳质量数百万倍的黑洞;二是理论进程表明,如果黑洞直接坍塌的情况是真实的,我们可以形成较早期的“黑洞种子”,其质量是超新星形成时的1000倍;三是发现最早期恒星通过直接坍塌变成黑洞,将验证这一过程。

正常情况下,它们是宇宙中演变成为黑洞的最热、最年轻、最大质量的新生恒星,宇宙早期阶段存在大量类似的星系,但是也存在完全由气体、灰尘和暗物质构成的大量原星系,迄今其内部没有恒星。在巨大的宇宙空间中,我们甚至找到这样的成对星系:一个星系在不断地形成恒星,另一个星系迄今未形成任何一颗恒星。在距离地球非常遥远的CR7星系中,存在着大量年轻恒星,并且一个邻近释放光线气体区域不可能在其中形成一颗单独的恒星。

今年3月份发表的一份理论研究报告中引入了一种机制,表明存在黑洞直接坍塌的证据。一个年轻发光的星系能够照亮邻近的同伴星系,从而阻止其内部气体分解形成小型团状结构。通常情况下,这些小型团状结构坍塌形成个别恒星,但是如果不能形成这些团状结构,则可以将大量气体变成一个束缚结构。之后引力产生作用,使这个黑洞形成10万倍的太阳质量,或许可达到太阳质量的100万倍。

有许多理论机制被证实是非常有趣的,然而,当涉及到真实的物理环境时,这些理论机制并不支持,是否存在黑洞直接坍塌呢?目前,我们可以很肯定地回答这个问题:是的,由于宇宙最早的恒星质量较大,已演变为超新星,我们很难观测到它们的存在,没有爆炸,没有亮度增强。仅是一颗恒星在一瞬间被黑洞所替代,正如哈勃该太空望远镜所观测的前后结果,宇宙中毫无疑问地存在着物质直接坍塌在黑洞之中。(叶倾城)

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