黑洞是如何长成10亿个太阳的质量？

8月13日消息科学日报报道，在宇宙的尽头有着质量相当于太阳几十亿倍的巨大黑洞。这些巨型天体——类星体——以星际气体为食，连续不断的吞没大量气体。气体在被吞噬以及在黑洞引力作用下被碾碎的过程中会释放出的光，后者穿越宇宙经过亘古进入地球上望远镜的观测范围，从而揭示了自己的存在。因此观测宇宙的边缘就是在回溯过去。我们所观测到的其实是这些遥远古代类星体的“婴儿照片”，它们被拍摄于宇宙大爆炸后10亿年以内：也就是年轻宇宙的怪兽婴儿。

 

在宇宙的尽头有着质量相当于太阳几十亿倍的巨大黑洞

一般来说，年轻黑洞形成于巨大恒星——质量一般为太阳质量的10倍以上——在自身核燃料耗尽后的巨大爆炸。没有恒星内核的原子熔炉推挤引力，恒星便会自我坍塌，大多数物质都会以巨大超新星爆炸的形式向外猛冲，而剩余的则向内坍塌，形成质量约为太阳10倍的黑洞。

自这些古代类星体被发现起，科学家们都非常好奇究竟是什么过程导致宇宙大爆炸后小型黑洞吞噬并膨胀到这样的程度。事实上好几个过程都限制了黑洞增长的速率。例如，气体一般不会直接落入黑洞，而会变道形成缓慢旋转的流，逐滴落入黑洞。当气体最终被黑洞吞噬，它释放出的光会推动气体。光抵消了引力并减慢了落入黑洞的流。

因此，这些古代类星体究竟是如何生长的？以色列魏茨曼科学研究所粒子物理学和天体物理学学院院长塔尔·亚历山大(Tal Alexander)教授和美国耶鲁大学天文学和物理学学院教授普里亚目瓦达·那达哈间(Priyamvada Natarajan)合作进行的研究提出了一种解决方案，它被发表在期刊《科学》上。

他们的模型始于早期宇宙一个小型黑洞的形成。在那时，宇宙学家相信气体流非常寒冷密集， 包含大量物质，后者比现在宇宙里观察到的稀薄气体流要更密集。饥饿新生的黑洞四处移动，因周围新生婴儿恒星的撞击而不断改变方向。快速的“之”字形运动导致黑洞持续扫动大量气体至轨道上，直接拖拽气体的速度是如此高以至于气体无法形成缓慢旋转的运动。黑洞越大，它吸食的速率越高；这一生长率高于指数增长。大约经过了1000万年后——这在宇宙时间里相当于一眨眼的时间——黑洞已经积累了相当于10000个太阳的质量。自那时起，异常的增长速率逐渐减慢到比较合适的程度，但黑洞的未来已经定型——它最终将达到10亿个太阳的质量。