科学家发现直接形成黑洞直接的证据,如果得到证实,这些证据可能会颠覆我们对天体现象的理解。
加拿大韦仕敦大学的研究人员尚塔努·巴苏和阿潘·达斯,在《天体物理学报通讯》上发表的一篇论文提供了这些证据,证明超大质量的黑洞的直接形成是有可能的,且并非源于非常大的恒星坍缩或爆炸。相反,该研究表明,一些超大质量的黑洞在很短的时间内成长非常快,然后突然停止成长。这一新发现为科学家提供了一种解释,可以解释黑洞在我们宇宙的早期阶段是如何形成的。
韦仕敦大学天体学教授巴苏在新闻发布会上指出:“这是间接的观测证据,表明黑洞起源于直接坍缩,而并非来自恒星残骸。”也就是说,黑洞并非都是由恒星坍缩产生的,直接坍缩形成黑洞的证据已被发现。
我们所知道的大多数黑洞,都是在非常大的恒星中心形成的,这些恒星的质量比我们的太阳还要大。根据定义,恒星将更轻的原子核融合成更重的原子核,在这个过程中,恒星内部不断产生更大、更重的原子核。足够大质量的恒星核心的密度极高,其引力最终会克服其他排斥力,这些排斥力使原子核保持分离,这将导致一个自发的坍缩成一个单点,其逃逸速度大于光速——根据定义,这就是黑洞。
这种坍缩通常伴随着恒星外层气体和尘埃的大规模爆炸,这些爆炸产生了恒星星云,从中形成了新的恒星和太阳系(包括我们自己的星系。)
但是,超大质量的黑洞的存在,那些超过太阳质量数百倍甚至以上的黑洞,给天体学家提出了一个问题。如果不是来自一颗坍缩的恒星,它们是如何形成的?巴苏和达斯提供的“直接坍缩”的证据表明,大量的星际气体和尘埃(不是恒星),有可能自发地被推入一个极其巨大的黑洞,这个黑洞比单个恒星变成超新星所形成的黑洞要大得多。
天体学家伊桑·西格尔在《福布斯》的一篇文章中,解释了直接坍缩形成黑洞的理论过程:
1、一个空间区域坍缩形成恒星,而附近的一个空间区域也经历了引力坍缩,但尚未形成恒星;
2、有恒星存在的区域会发出强烈的辐射,光子压力会阻止另一团星云中的气体分裂成潜在的恒星;
3、星云本身继续坍缩,并且以一个整体的方式这样做,它在释放能量(辐射)的同时,但内部却没有任何恒星;
4、当一个临界阈值被越过时,这团质量巨大的星云,可能是太阳质量的数十万倍甚至数百万倍,直接坍缩形成黑洞;
5、这个巨大的早期黑洞种子,很容易通过引力、合并、吸积和时间等各种天体物理学现象,来获得超大质量的黑洞。
巴苏指出,超大质量的黑洞只能在很短的时间内快速成长,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的影响,它们的成长就停止了,这是直接坍缩形成黑洞的过程。
在过去的十年内,科学家已经发现了几个超大质量的黑洞,它们的质量是太阳大十亿倍。这些超大质量的黑洞,被认为是在宇宙大爆炸后的8亿年后就出现在我们的宇宙中——相对来说相当快,因为星系是在大爆炸后的10亿年后才开始形成的。这两个事实似乎是相关联的,因为人们相信,所有星系的中心都有一个超大质量的黑洞,星系轨道上的其他天体都围绕着这个黑洞运行。
这些早期宇宙黑洞的存在,挑战了我们对它们在宇宙中形成和成长的理解。今年3月份,部分天体学家联合宣布,他们在早期宇宙中发现了83个新的超大质量的黑洞,这代表着宇宙诞生还不到20亿年的时期。
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