天文学家发现早期宇宙直接形成超大质量黑洞的证据

恒星塌陷理论能够很好地解释绝大多数黑洞。根据这一理论，一颗质量至少相当于5个太阳的恒星耗光燃料，走到生命的尽头。由于恒星核聚变向外施加的压力抗击自身质量产生的向内引力，当耗光燃料，恒星将发生巨变。此时的恒星会发生超新星爆炸，而后发生塌陷，最终形成黑洞。天体物理学家一直认为超大质量黑洞也以这种方式诞生，诞生后不断吸食周围的物质，身躯越来越大。问题是，这一过程需要很长时间。

半人马座A，内部潜伏着一个特大质量黑洞

在茫茫宇宙，科学家观测到一些非常古老的超大质量黑洞。2019年3月，一支天文学家小组宣布发现83个非常古老的超大质量黑洞并且与我们的认知相矛盾。2017年，天文学家发现一个质量相当于8亿个太阳的超大质量黑洞，在大爆炸后6.9亿年形成。

很多远古超大质量黑洞的质量可达到太阳的数十亿倍。它们发生很大程度上的红移，说明它们一定在大爆炸后的第一个8亿年形成。不过，这个时间很短，不足以用恒星塌陷模型解释它们的存在。天体物理学家面临的问题是，这些黑洞如何在短时间内拥有庞大的身躯？

银河系中央潜伏着一个超大质量黑洞

加拿大安大略西部大学的科学家认为他们找到了这个问题的答案。他们提出了一项名为“直接塌陷”的新理论，解释这些不同寻常的远古超大质量黑洞。

他们的论文《直接塌陷想定中超大质量黑洞的质量函数》刊登在《天体物理学杂志通讯》上。沙塔努·巴苏和阿尔潘·达斯是论文作者。巴苏是研究恒星形成早期阶段和原行星盘演化的著名专家。此外，他还是西部大学的天文学教授。达斯就职于西部大学的物理学与天文学系。

昴星团望远镜观测到的超大质量黑洞，距地球130.5亿光年。远古超大质量黑洞挑战科学家对黑洞如何形成的认知

根据他们的直接塌陷理论，远古超大质量黑洞在极短的时间内形成。随后，它们突然停止生长。巴苏和达斯创建了一个新的数学模型，来解释这些快速形成的远古黑洞。他们指出埃丁顿极限——恒星向外辐射力与向内引力之间的平衡——扮演了重要角色。

在这些直接塌陷形成的黑洞，埃丁顿极限掌控质量增长。巴苏和达斯指出这些远古黑洞甚至会超出埃丁顿极限，虽然只是很小的幅度。这种现象被他们称之为“超级埃丁顿吸积”。由于其它恒星和黑洞产生的辐射，这些远古黑洞停止生长。

天鹅座X-1黑洞艺术概念图，正在吸食蓝星的物质

巴苏在一份新闻稿中指出：“某些超大质量黑洞在很短的时间内快速生长，在达到某个时刻，由于宇宙中其它恒星和黑洞产生的辐射，它们停止了生长脚步。这就是我们提出的直接塌陷想定。这是一个间接观测证据，证明某些黑洞源自于直接塌陷，而不是恒星残余。”

超大质量黑洞如何形成是天文学领域的一个棘手问题。巴苏和达斯的新理论给出了一个合理的解释。巴苏认为他们的研究发现可用于未来的观测，帮助科学家推断宇宙早期极端大质量黑洞的形成史。