據國外媒體(ti) 報道，超大質量黑洞的規模是太陽的數十億(yi) 倍，而最近的一項研究指出，超大質量黑洞在宇宙“僅(jin) 僅(jin) ”8億(yi) 年時就已經存在，而宇宙的年齡已經140億(yi) 年，這怎麽(me) 可能呢？在天體(ti) 物理學家看來，在如此短的時間內(nei) 形成這些宇宙“怪物”確實是傷(shang) 腦筋的難題。毫無疑問，我們(men) 當前對這些天體(ti) 的了解還十分有限。

　　一篇新論文為(wei) 這一棘手的問題提供了一個(ge) 可能的解釋。這項研究利用一個(ge) 初始模型，提出了在超大質量黑洞發展的初始階段存在一個(ge) 非常快的形成過程，此前科學家認為(wei) 這一過程相對較慢。因此，研究結果就從(cong) 數學上證明了超大質量黑洞在年輕宇宙中存在的可能性，調和了其發展所需的時間和宇宙年齡的限製。或許在不遠的未來，該理論可以通過愛因斯坦望遠鏡（Einstein Telescope，簡稱ET）和激光幹涉空間天線（LISA）等引力波探測器的觀測得到證實，在某些基本方麵也可以由目前的“先進激光幹涉引力波天文台/室女座幹涉儀(yi) ”（Advanced LIGO/Virgo）係統進行驗證。

　　在星係中心成長的宇宙怪物

　　研究人員的分析開始於(yu) 一個(ge) 廣為(wei) 人知的觀測證據：超大質量黑洞的成長發生在星係的中心區域。在今天橢圓星係的前身內(nei) 部，有著非常高的氣體(ti) 含量，恒星的形成非常劇烈。最大的恒星壽命很短，很快就會(hui) 演化成恒星黑洞，其質量相當於(yu) 幾十個(ge) 太陽；它們(men) 很小，但在這些星係中形成了許多，環繞這些黑洞的稠密氣體(ti) 具有非常強大的動摩擦效應，起著決(jue) 定性的作用，導致它們(men) 迅速遷移到星係中心。大多數到達中心區域的黑洞會(hui) 合並，產(chan) 生超大質量黑洞的“種子”。

　　根據經典理論，一個(ge) 超大質量黑洞成長於(yu) 星係中心，它不斷捕獲周圍物質，主要是氣體(ti) ，使其不斷“增長”，最後以與(yu) 質量成比例的節奏將其吞噬。因此，在發展的最初階段，當黑洞的質量較小時，它的增長是非常緩慢的。根據計算，要達到已觀測到的太陽質量的數十億(yi) 倍，需要很長的時間，甚至比年輕宇宙本身的年齡還要大。然而，這項新研究的結果表明，超大質量黑洞的成長過程可能會(hui) 比之前認為(wei) 的快得多。

　　黑洞的瘋狂“衝(chong) 刺”

　　值計算表明，恒星黑洞的動態遷移和融合過程可以使超大質量黑洞的種子在5000萬(wan) 至1億(yi) 年內(nei) 達到太陽質量的1萬(wan) 至10萬(wan) 倍，從(cong) 這點出發，中央黑洞的成長將按照標準理論設想的那樣直接吸積氣體(ti) ，從(cong) 而變得非常快速，因為(wei) 其成功吸引並吸收的氣體(ti) 數量將會(hui) 非常巨大，並在所提出的過程中占據支配地位。然而，正如我們(men) 的機製所設想的那樣，正是從(cong) 這樣一顆巨大的“種子”開始，加速了超大質量黑洞的成長，並使其在年輕的宇宙中得以形成。簡而言之，根據這個(ge) 理論，我們(men) 可以說，在大爆炸後8億(yi) 年時，超大質量黑洞可能已經遍布宇宙。

　　觀測超大質量黑洞的“種子”

　　這篇論文除了說明模型並證明其有效性，還提出了一種測試的方法。研究人員解釋道：“無數恒星黑洞與(yu) 星係中心超大質量黑洞種子之間的融合會(hui) 產(chan) 生引力波，我們(men) 期望利用當前和未來的探測器對其進行觀測和了解。”研究人員尤其關(guan) 注星係中心的黑洞種子還很小的時候，即超大質量黑洞在初始階段發出的引力波。當前的探測器如先進LIGO/Virgo係統或許將識別這些引力波，並由未來的愛因斯坦望遠鏡進行完全描述。未來的LISA探測器將於(yu) 2034年前後發射到太空，這將有助於(yu) 研究超大質量黑洞的後續發展階段，通過這些觀測，“我們(men) 提出的過程可以在不同的階段，以一種互補的方式，被未來的引力波探測器驗證。”

　　這項研究展示了研究人員如何一步步接近引力波和多信使天文學的新前沿。特別是主要目標將是開發理論模型，就像在這個(ge) 案例中設計的那樣，利用來自當前和未來引力波實驗的信息，有望為(wei) 天體(ti) 物理學、宇宙學和基礎物理學中尚未解決(jue) 的問題提供解決(jue) 方案。（任天）


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