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    巨型黑洞:超越SMBHs

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      计算机模拟的一个位于星系核心的超大质量黑洞。中心的黑色区域表示黑洞的事件视界,在该区域中没有任何光线可以逃离黑洞的引力。黑洞强大的引力使它周围的空间发生扭曲,背景恒星发出的光线会被拉伸并模糊化。@ NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)

      这项研究由伦敦玛丽女王大学物理与天文学院名誉教授Bernard Carr以及来自德国的Florian Kühnel和意大利的Luca Visinelli共同领导,他们研究了这些巨型黑洞的形成方式及其潜在的大小限制。

      尽管有证据表明星系核心存在超大质量黑洞(100万到100亿倍太阳质量),但鉴于我们目前对这些黑洞形成和生长的认识,之前的研究认为它们的大小存在一个上限。

      这些比超大质量黑洞更大的巨型黑洞(大于约等于1000亿倍太阳质量)可以为研究人员提供一个强大的宇宙学检验工具,并增进我们对早期宇宙的理解。

      01

      挑战现有想法

      人们普遍认为超大质量黑洞是在宿主星系中形成的,通过吞噬周围的恒星和气体或与其它黑洞并合而长大。在这种情况下,其质量存在一个上限:略高于100亿倍太阳质量。

      (参见:科学家揭示了黑洞的生长)

      图片

      邻近和遥远宇宙中黑洞生长通道的艺术想象图。在邻近的宇宙中,较小的黑洞通过吸积而生长,而较大的黑洞则通过合并而生长。在遥远的宇宙中,情况正好相反。@ M. Weiss

      在这项研究中,研究人员提出了另一种可能规避这一质量限制的超大质量黑洞形成的方案。他们认为这样的巨型黑洞可能是“原初的”,形成于早期宇宙,远早于星系。

      由于原初黑洞不是由坍缩星形成的,因此它们可能具有非常宽的质量范围,包括非常小的和非常大的质量。

      Bernard Carr教授说:“我们知道黑洞存在的质量范围很广,在我们银河系的中心就有一个400万太阳质量的超大质量黑洞。尽管目前没有证据表明存在巨型黑洞,但它们可能存在,可能存在于星系之外的星系际空间中,具有有趣的观测结果。然而,令人惊讶的是,巨型黑洞的概念一直被忽略。”

      “我们提出了这些巨型黑洞的可能形成方案,期望这项工作将开始激发科学界的讨论。”

      02

      理解暗物质

      暗物质约占宇宙普通物质的80%。尽管我们看不到它,但研究人员认为存在暗物质是因为它对可见物质(如恒星和星系)具有引力作用。然而我们仍然不知道暗物质是什么。

      (参见:精确测量宇宙中物质的总量)

      图片

      物质约占宇宙物质和能量总量的31%。宇宙学家认为约20%的物质是由常规的物质组成,而约80%的物质由暗物质组成。 @ UCR/Mohamed Abdullah

      原初黑洞是潜在的暗物质候选者之一。它们存在的想法可以追溯到1970年代,当时Carr教授和Stephen Hawking教授提出,在宇宙的最初时刻,其密度的波动可能导致某些区域坍缩成黑洞。

      Carr教授说:“巨型黑洞本身无法提供暗物质,但如果它们存在,它们将对早期宇宙产生重要的影响,并且可能会使较轻的原初黑洞提供暗物质。”
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