宇宙中第一个超大质量黑洞的诞生故事正在被重新思考。研究人员普遍认为，这些具有开拓性的庞然大物种子是在邻近星系紫外线辐射泛滥区域发芽的。这种辐射抑制了正常恒星的形成，释放出物质最终融入黑洞，这一想法得以实现。但一项新的研究表明，另一种现象可能在抑制这类恒星的形成方面更为重要——暗物质的“光晕”快速增长。暗物质是构成宇宙大部分物质的神秘物质(之所以如此命名，是因为它既不吸收光线，也不反射光线)。该研究的第一作者、乔治亚理工学院相对论天体物理学中心的副教授约翰怀斯(John Wise)在一份声明中说：
博科园-科学科普：在这项研究中，我们发现了一种全新的机制，它能激发大质量黑洞的形成，尤其是暗物质晕的形成。不应该只考虑辐射，而应该考虑光晕的生长速度，不需要那么多的物理学知识来理解它——仅仅是暗物质是如何分布的，以及引力将如何影响它。形成一个大质量黑洞需要在一个物质高度聚集的罕见区域。研究人员在分析了超级计算机对早期宇宙演化的模拟后得出了这个结论。这些模拟揭示了10个只包含气体云的暗物质晕，尽管它们的质量如此之大，本应成为恒星的摇篮。研究人员随后对其中两个光晕进行了额外的模拟，每个光环大约有2400光年宽，以便更详细地了解宇宙诞生后2.7亿年可能发生了什么。
超级计算机模拟中，一个3万光年宽的区域集中在一群年轻星系上，这些星系在加热周围气体时产生辐射(白色)和金属(绿色)。在这个受热区域外的暗物质晕形成了三颗超大质量恒星(插图)，每颗恒星质量都是太阳的1000倍以上。这些巨大的恒星迅速坍缩成巨大的黑洞，经过数十亿年，最终形成超大质量黑洞。图片：Advanced Visualization Lab, National Center for Supercomputing Applications
研究人员只是在宇宙中这些密度过高的区域看到了这些黑洞形成。暗物质创造了大部分的引力，然后气体落入引力势，在那里它可以形成恒星或巨大的黑洞。研究人员发现，在光环膨胀的地方，黑洞更受青睐，它们自身的增长是由构成新生星系的气体云的合并所推动。该研究的合著者、爱尔兰都柏林城市大学天体物理学和相对论中心的研究员约翰·里甘在同一份声明中说：这是关键，快速聚集的猛烈和活动的本质，以及星系诞生时星系基础的猛烈碰撞，阻止了正常恒星的形成，反而为黑洞形成创造了完美的条件。新的研究表明，这些条件只会导致少数超大质量恒星的形成，而不是大量较小的“正常”恒星形成。
一个放大内部30光年的暗物质晕，旋转的气体盘分散成三个团块，在它们自身的重力作用下坍塌，形成超大质量恒星。图片：John Wise
超大质量恒星活得快，死得早，很快就坍缩成黑洞——不像类太阳恒星，它们活了数十亿年，最终成为致密的恒星尸体，被称为白矮星。其中一些新生黑洞在亿万年后成长为超大质量的庞然大物。研究小组认为，在整个宇宙的历史中，快速增长的暗物质晕可能已经足够普遍，具有相当大的解释力。密歇根州立大学(Michigan State University)的计算和理论天体物理学家，该研究的合著者布莱恩·奥谢(Brian O’shea)在同一份声明中说：我们预测这种情况会发生，足以成为目前在宇宙早期和星系中观测到质量最大的黑洞起源，这项新研究于2019年1月23日发表在《自然》上。
博科园-科学科普｜参考期刊文献:《自然》
文：Mike Wall/Space
DOI: 10.1038/s41586-019-0873-4
博科园-传递宇宙科学之美
