原创 超大质量黑洞的形成原因让科学家感到十分困惑

原标题：超大质量黑洞的形成原因让科学家感到十分困惑

超大质量黑洞(SMBH)很难解释。这些巨大的奇点被认为是每个大星系的中心，但它们的存在有时很难解释。据我们所知，黑洞是在巨星坍缩时形成的。但这种解释并不符合所有的证据。

恒星坍缩假说很好地解释了大多数黑洞。在这个假设中，一颗至少比我们的太阳大五倍的恒星在接近生命尽头时开始耗尽燃料。由于恒星核聚变的外部压力是支撑它抵抗自身质量向内引力的力量，所以当燃料耗尽时，就会产生某种物质。

这颗恒星经历了一场超新星爆炸，然后坍缩，变成一个黑洞。天体物理学家认为，超大质量黑洞一开始是这样的，通过从本质上“喂养”其他物质而发展到巨大的尺寸。它们体积膨胀，坐在它们的重心上，有点像一只蜘蛛在它的网中央。这种解释的问题在于，它需要很长时间才能发生。

这张艺术家的印象展示了一个超大质量黑洞的周围环境，这是在许多星系中心发现的典型黑洞。黑洞本身被一个非常炙热的吸积盘所包围，吸积盘的外围是一个布满灰尘的环面。在黑洞的两极也经常有高速喷射的物质，这些物质可以向太空延伸很长的距离。在宇宙中，科学家们已经观测到了古老的超大质量黑洞。今年3月，一组天文学家宣布发现了83颗非常古老的超大质量黑洞，这一发现超出了我们的理解。2017年，天文学家发现了一个8亿太阳质量的黑洞，它在大爆炸后仅仅6.9亿年就完全形成了。它们是在宇宙早期形成的，那时还没有时间形成它们的超大质量形态。

其中许多超大质量黑洞的质量是太阳的数十亿倍。它们的红移如此之高，以至于它们一定是在大爆炸后的前8亿年形成的。但这并没有足够的时间来解释恒星坍缩模型。天体物理学家面临的问题是，这些黑洞是如何在这么短的时间内变得这么大的？

加拿大安大略省西部大学的两名研究人员认为他们已经找到了答案。他们提出了一个名为“直接坍缩”的新假说，解释了这些令人难以置信的古老SMBHs。他们的论文题为“直接坍塌情况下超大质量黑洞的质量函数”，发表在《天体物理学杂志快报》上。

他们建立了一个新的数学模型来解释这些快速形成的古老黑洞。他们说爱丁顿极限，即恒星向外辐射力和向内引力之间的平衡，起了一定作用。在这些直接坍缩的黑洞中，爱丁顿极限控制着质量的增长，研究人员说，这些古老的黑洞甚至可以稍微超过这个极限，他们称之为“超爱丁顿吸积”。然后，由于其他恒星和黑洞产生的辐射，它们的生产停止了。

超大质量黑洞只在很短的时间内能够快速增长，然后在某一时刻，由于宇宙中其他黑洞和恒星产生的所有辐射，它们的生产停止了。这是直接坍缩的情况。这是间接的观测证据，表明黑洞起源于直接坍缩，而不是恒星残骸。这个新的假设为一段时间以来天文学中一个棘手的问题提供了一个有效的解释。这些新发现可以用于未来的观测，来推断存在于宇宙早期的超大质量黑洞的形成历史。

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