【小题2】【小题3】【小题4】【小题4】【小题4】【小题4】【小题4】【小题4

得克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家亚伦·史密斯和沃尔克·布罗姆与哈佛-史密森天体物理中心的阿维·勒布合作,发现了宇宙中极早诞生的一种不寻常黑洞的证据。在一项新的研究中,他们表明最近发现的一个强辐射源很可能是由“直接坍缩黑洞”提供动力的,这一现象十多年前就被理论学家预言过。

这项研究发表在本月的《皇家天文学会月刊》上。

“这是一个宇宙奇迹,”布罗姆说,他指的是在大爆炸后5亿年里出现的一系列条件,正是这些条件造就了这些庞然大物。“这是宇宙历史上唯一的时机,条件刚好适合”它们的形成。

直接坍缩黑洞也可能是天文学中一个长期困惑的问题的答案:超大质量黑洞是如何在宇宙早期形成的?有强有力的证据证明它们的存在,因为它们是年轻宇宙中发现的高亮度类星体的动力来源。然而,有几个问题阻碍了它们的形成,传统的生长过程太慢了。

天文学家们认为,他们知道在我们这个时代的大多数星系的中心是如何生长出超大质量黑洞的。这些黑洞重达数百万个太阳。它们开始于一个“种子”黑洞,当一颗特大质量恒星坍缩时产生。种子黑洞的质量约为100个太阳。它从周围吸入气体,变得越来越大,最终可能与其他种子黑洞合并。这个过程叫做吸积。

吸积理论无法解释遥远类星体中的超大质量黑洞,因此也无法解释年轻类星体中的超大质量黑洞。类星体令人难以置信的亮度横跨数十亿光年,来自于物质螺旋进入超大质量黑洞,产生的喷流像灯塔一样照耀着整个宇宙。

这些早期星系可能包含了大爆炸后产生的第一代恒星。虽然这些恒星可以坍缩形成黑洞,但它们并不是类星体的早期种子。黑洞周围没有气体供它进食。这些气体被来自新形成的炽热恒星的风吹走了。

布罗姆说,在早期星系中,“恒星的形成是形成巨大黑洞的敌人”。“恒星产生的反馈会吹走周围的气体云。”

几十年来,天文学家一直把这个难题称为“类星体的种子问题”。

13年前,Bromm和Loeb提出了一个想法,通过抑制恒星形成所带来的能量输入,让一个早期星系形成一个超大质量的种子黑洞。天文学家后来把这个过程称为“直接坍缩”。

布罗姆说,从“弥漫在紫外线辐射海洋中的氢和氦的原始云团”开始。“你在暗物质晕的引力场中压碎这片云。正常情况下,云团会冷却下来,然后碎片形成恒星。然而,紫外线光子使气体保持高温,从而抑制任何恒星的形成。这些都是我们想要的,近乎奇迹的条件:没有破碎的崩溃!随着气体变得越来越致密,最终就具备了形成一个巨大黑洞的条件。”

这一系列的宇宙条件对宇宙历史上的时间非常敏感——这个过程在今天的星系中不会发生。

相关的

This illustration features two spiral galaxies — each with a supermassive black hole at its center — as they are about to collide and form an elliptical galaxy. New research shows that galaxies’ dark-matter halos influence these mergers and the resulting growth of supermassive black holes.

星系和黑洞之间的神秘联系

暗物质的“看不见的手”引导着超大质量黑洞的生长

根据勒布的说法,“在早期宇宙中观察到的类星体就像满是正常婴儿的产房里的巨型婴儿。人们不禁要问:养育这些巨型婴儿的环境有什么特别之处?通常,像银河系这样的邻近星系的冷气层主要被恒星的形成所消耗。

“当布罗姆是我(在哈佛大学)的博士后时,我们提出的理论表明,第一代星系的条件是不同的,”他说。“这些星系没有形成许多普通的恒星,而是在它们的中心形成了一颗超大质量的恒星,最终坍缩成一个种子黑洞。因此,这些环境中的气体被用来喂养这个种子黑洞,而不是制造许多正常的恒星。”

Bromm和Loeb在2003年发表了他们的理论。“但那时候一切都只是理论,”布罗姆说。

布罗姆现在是一名教授,拥有自己的博士后和研究生,其中之一就是史密斯。

史密斯、布罗姆和勒布在莱顿大学的乔里特·马特西(Jorryt Matthee)领导的一篇论文中对一个名为CR7的星系产生了兴趣。哈勃在宇宙大爆炸10亿年后就探测到了CR7。

当时在里斯本大学(University of Lisbon)工作的大卫·索夫拉尔(David sobra)用一些世界上最大的陆基望远镜对CR7进行了后续观测。这些发现了来自CR7的光信号中一些非常不寻常的特征。特别是光谱中被称为“莱曼-阿尔法”的氢谱线,其亮度是预期的好几倍。值得注意的是,光谱还显示了一条异常明亮的氦线。

史密斯说:“驱动这个源的东西非常热,热到足以电离氦。”

Bromm同意了。他说:“你需要10万K的温度——非常热,非常硬的紫外线源。”

这些和其他不寻常的特性,如发现没有任何台词比氦重的元素与源的距离-,因此它的宇宙时代意味着它可以是原始恒星的集群或超大质量黑洞可能形成的直接崩溃。

史密斯使用德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯高级计算中心的Stampede超级计算机对这两种场景进行了模拟。“我们开发了一种新的代码,”史密斯说。他解释说,他的代码对系统的建模与之前的模拟不同。“老款车就像快照;这就像一部电影。”

史密斯使用的模型类型被称为“辐射流体动力学”,布罗姆说。“就计算机处理能力而言,这是最昂贵的方法。”

不过,新代码取得了成功。史密斯说,星系团的设想“惊人地失败”,而直接坍缩黑洞模型表现良好。

布罗姆说,他们的工作不仅仅是了解一个早期星系的内部运作。

“对于CR7,我们有一个有趣的观察。我们正试图解释它,并预测未来的观测结果。我们正试图提供一个全面的理论框架。”

除了史密斯、布罗姆和勒布的工作,美国宇航局最近宣布,根据钱德拉x射线天文台的观测发现了另外两个直接坍缩黑洞候选体。

史密斯说,天文学家似乎正在“向这个模型靠拢”,以解决类星体的种子问题。

http://petbyus.com/796/