古代黑洞挑战我们的早期宇宙的理解

大爆炸理论没有被威胁，但天体物理学家有一些解释来做。

HARD SCIENCE — DECEMBER 2, 2023

Don Lincoln

Credit: NASA, Ben Gibson / Big Think

关键要点

科学家发现了一个古老的超大质量黑洞，这对天体物理学家摆出一个重大挑战。

超大质量黑洞的形成仍然是一个秘密，特别对那些在宇宙生命早期就存在的黑洞。

然而，一个想法是它们从坍塌的气体云形成。

在宇宙中几乎每个星系的中心都坐着一个怪物：一个质量是比太阳更重数百万甚至数十亿倍的黑洞。这些巨大的天体何时以及如何形成了是天体物理学界的一个开放的问题。

最近，在发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中，科学家们报告发现了一个古老的超大质量黑洞，这个黑洞在宇宙生命的早期就存在了。虽然一些爱好者已经声称这些巨大黑洞的观测已经推翻了大爆炸的理论，但这是一个仓促的结论。然而，非常早期的超大质量黑洞的存在将需要天文学家重新思考一些事情是确实真的。

超大质量黑洞

大多数黑洞当一颗非常大质量的恒星燃烧完它的燃料然后在它自身引力的重量下坍塌时形成。恒星质量的黑洞典型的在太阳质量的5到100倍之间。

相比之下，在星系中心的超大质量黑洞是远更大的。在银河系中心的叫人马座A*（Sgr A*）的黑洞，有一个相当于约430万个太阳的质量。但甚至那个与已知的最重的在类星体中心发现的TON 618黑洞相比也相形见绌：重量在一个惊人的660亿个太阳质量。

甚至今天，这些巨大的黑洞怎样被形成仍然是一个秘密。虽然有一种想法是单个恒星质量的黑洞结合了，但很难来憧憬自138亿年前宇宙开始以来已经有足够的时间让足够的合并已经发生来解释观测到的超大质量黑洞的分布。甚至更难来想象巨大的黑洞在宇宙早期形成了。

詹姆斯·韦伯太空望远镜进来权衡

詹姆斯·韦伯太空望远镜能够成像古代星系，这些星系在宇宙开始后几亿年就已经存在了。在上述论文中，天文学家用来自钱德拉X射线天文台的单独数据结合了詹姆斯·韦伯太空望远镜观测结果来识别一个包含超大质量黑洞的遥远星系。（当黑洞从它们的周围环境吸收物质时，该物质随它向内落下加热起来并发射特征的X射线。

当天文学家他们发现了在古代星系中心的黑洞质量与同一星系中恒星的总质量大致相同时被惊讶。（从这个角度来看，银河系中心的超大质量黑洞只是整个银河系质量的0.1%左右）。

鉴于这个古老的超大质量黑洞在宇宙开始后形成得如此快，它不能已经被合并的恒星质量黑洞创造。相反，需要另一种机制。

气态的黑洞

复杂的仿真已经表明在宇宙历史的早期，巨大的气体云已经直接坍乘成非常大的黑洞是可能的------质量约为太阳10万倍的黑洞。据认为，这些非常大质量的黑洞通过一个合并和吸收它们周围环境中的气体转变为超大质量黑洞。

虽然这是一个已经宿主超大质量黑洞的古老星系的一个例子，但预计其他的将被发现，毕竟，詹姆斯·韦伯太空望远镜仅在2022年夏天开始了运行。最近文章中报道的数据将帮助科学家更好地处理当宇宙处于它的童年时到底什么正在进行。

例如，外面站着的问题包括：超大质量黑洞还是星系哪个先出现？星系是否吸引附近的银河系外气体创造了允许超大质量黑洞来形成的条件？还是黑洞首先形成从而吸入形成恒星和星系的气体？被流入早期黑洞的气体产生的热如何影响恒星的形成？暗物质在这个过程中起什么角色？

对这些问题和类似问题的答案正在慢慢成为焦点。

https://bigthink.com/hard-science/ancient-black-hole-challenges-evolution-universe/