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这个古老的黑洞如何变得如此大？

2025-04-23 07:16阅读：

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这个古老的黑洞如何变得如此大？
By Paul Sutter published 10 hours ago
Black Holes
虽然它比探测到的最大的超大质量黑洞远更小，但考虑到它出现在宇宙历史中多早它仍然是一个特大的东西。
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这个古老的黑洞如何变得如此大？
这个古老的黑洞如何变得如此大？

来自美国宇航局钱德拉x射线天文台（紫色）的x射线和来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外数据（红色、绿色、蓝色）揭示UHZ1，一个当宇宙只有4.7亿老时存在的巨大黑洞的家园。(Image credit: X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrared: NASA/ESA/CSA/STScI; Image Processing: NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand)
基于我们知道关于黑洞形成的早期宇宙中的一个巨大黑洞比它因它的年龄应该是的远更大。如此有其他来制造黑洞的方法吗？
2023年，天文学家用詹姆斯·韦伯太空望远镜和钱德拉x射线天文台发现了UHZ1，一个当宇宙只有4.7亿岁老时存在的巨大黑洞的家园。
UHZ1的黑洞重约4000万个太阳质量。虽然这比探测到的最大的超大质量黑洞远更小，但考虑到它在宇宙历史中多早出现它仍然是一个特大的。
事实上它太大了。唯一已知来创造黑洞的方法是通过大质量恒星的死亡。当大质量恒星死亡时它们留下质量高达太阳质量的几十倍的黑洞。从那里它们能通过与其他黑洞合并和吸积来自周围环境的物质生长到巨大比例。
所有这些都很好，但与UHZ1和它的一些朋友的问题是没有足够的时间来从小种子到超大质量怪物。黑洞的生长被某些叫爱丁顿速率的东西限制。随物质落入一个黑洞它压缩、加热起来并发射辐射。这种辐射防止更多的物质太快的落入；它作为一种天然的阀门行动来保持任何黑洞在一个缓慢和稳定的饮食上。
要UHZ1被从一个恒星质量黑洞诞生，它会不得不比爱丁顿速率允许的速度更快吸积物质。尽管在某些情况中来打破爱丁顿限制是可能的，但它将不得不维持那个步伐1亿多年，这约束可信度。
如此也许UHZ1没有被从一颗恒星诞生。也许某些更大的东西靠它自己坍塌来创造一个足够大的种子，在一个足够短的时间内可以成长到超大质量状态。
但早期宇宙不完全是一个复杂的地方。没有任何恒星、星系或甚至重元素。只有巨大的原始氢和氦云四周漂浮着，在它们的缓慢和稳定来变成现代日子宇宙的丰富挂毯的途径上。
天体物理学家意识到这些巨大的气体云靠它们自己坍塌是有可能的。诀窍是保持它们足够温暖。如果它们太快冷却，那么不是作为一个整体实体坍塌而是它们分裂成许多更小的口袋，产生一批正常大小的恒星。
在天文学的术语中比氦更重的元素被称为“金属”。在冷却掉气体云上是非常有效的，因为它们能发射不同种类波长辐射。但这些在早期宇宙中是缺乏的。分子氢也能做这个伎俩。但如果在这些气体云周围有足够的紫外线（UV）辐射，那么它分解分子并保持氢处在它的原子状态中。
如果条件刚好，气体云坍塌成一个巨大的、恒星一样的结构，能重达超过1万个太阳质量。立即的一个黑洞在它的核心形成，这然后吸收周围的物质，迅速的直达一个质量超过1000倍甚至是太阳质量的10000倍
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但有一个问题：我们不知道如何在早期宇宙中来产生那么多紫外线辐射。最方便的紫外线辐射来源是恒星，它们处在供应短缺中……在恒星出现之前。
近年来天体物理学家们已经一起提出各种来保持氢气体云被加热的建议。有些想法依赖宇宙黎明时的第一批恒星来加热附近的团块。其他一些更异域，依赖假设的暗物质形式，这些暗物质可以在宇宙早期令人兴奋的日子中转化成辐射。
最终，我们不确定在早期宇宙中巨大的黑洞如何变得如此巨大。它可能来自直接坍塌；它可能来自某种异域过程；它可能来自某些我们还没有弄清楚的东西。但这正是为什么像詹姆斯·韦伯太空望远镜一样的仪器是如此有用的：它们创造秘密，但希望它们也帮助解决这些谜题。
这个古老的黑洞如何变得如此大？

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