超大質(zhì)量黑洞代表了宇宙中最令人頭疼的問(wèn)題之一。這些重達(dá)數(shù)百萬(wàn)到數(shù)百億太陽(yáng)的龐然大物潛伏在幾乎每個(gè)星系的中心——引力中心，恒星、行星和閃閃發(fā)光的氣體云圍繞著它旋轉(zhuǎn)，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的舞蹈。

我們不知道的是，這些巨人是如何誕生的。它們是否生長(zhǎng)緩慢，是從一顆恒星核心大小的種子中逐漸積累質(zhì)量？或者它們是直接由太空中巨大的物質(zhì)云坍塌形成的，密度如此之大，以至于它們無(wú)法對(duì)抗自身引力的向內(nèi)拉力？

一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)——至少部分地——給我們一個(gè)答案。

一對(duì)光已經(jīng)傳播了 83 億年的星系包含天文學(xué)家認(rèn)為的超大質(zhì)量黑洞在形成過(guò)程中。如果是這樣的話，這是我們第一次看到這個(gè)過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用，這是超大質(zhì)量黑洞形成拼圖中至關(guān)重要且前所未有的一塊。

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“我們認(rèn)為我們正在見(jiàn)證一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的誕生——這是以前從未見(jiàn)過(guò)的?！?a>天文學(xué)家彼得·范·多庫(kù)姆 （Pieter van Dokkum） 說(shuō)美國(guó)耶魯大學(xué)。

這把“冒煙的槍”是在一對(duì)星系碰撞過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，其方向使其結(jié)構(gòu)類似于 8 字形或無(wú)限符號(hào)。研究人員將該物體命名為無(wú)限星系，這確實(shí)是在 JWST 中尋找奇異星系時(shí)發(fā)現(xiàn)的奇異星系宇宙網(wǎng)絡(luò)宇宙調(diào)查。

星系的兩個(gè)瓣各有自己明亮發(fā)光的核，其中潛伏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。然而，在兩個(gè)裂片重疊和相交的地方，可以看到第三個(gè)明亮發(fā)光的斑點(diǎn)。

研究人員仔細(xì)研究了這個(gè)多個(gè)波長(zhǎng)的斑點(diǎn)，并驚訝地發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)超大質(zhì)量黑洞的特征，它撞擊在無(wú)限星系的兩個(gè)瓣之間。

“我們問(wèn)自己：我們?nèi)绾卫斫膺@一點(diǎn)？”范·多庫(kù)姆 說(shuō).

對(duì)異常黑洞周圍物質(zhì)的仔細(xì)、仔細(xì)分析表明，它是新形成的，位于一個(gè)由熱、沖擊氣體組成的擴(kuò)展區(qū)域中。這提出了一種基于直接坍縮模型的黑洞形成新機(jī)制。

“在這種情況下，兩個(gè)盤(pán)狀星系碰撞，形成了我們看到的恒星環(huán)結(jié)構(gòu)。在碰撞過(guò)程中，這兩個(gè)星系內(nèi)的氣體會(huì)受到?jīng)_擊和壓縮。這種壓縮可能足以形成一個(gè)致密的結(jié)，然后坍縮成一個(gè)黑洞。van Dokkum 解釋道.

“雖然這種碰撞很少見(jiàn)，但類似的極端氣體密度被認(rèn)為在星系開(kāi)始形成的早期宇宙時(shí)代非常普遍。”

相關(guān)：一個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在與銀河系發(fā)生碰撞

長(zhǎng)期以來(lái)，星系碰撞一直被認(rèn)為是超大質(zhì)量黑洞生長(zhǎng)的一種機(jī)制。當(dāng)兩個(gè)物體合并時(shí)，它們的中心黑洞被無(wú)情地引力吸引在一起，最終碰撞合并形成更大的黑洞.

這種星系碰撞也被認(rèn)為是早期宇宙中星系如何生長(zhǎng)的關(guān)鍵部分。銀河系被認(rèn)為經(jīng)歷了多次此類合并.

這個(gè)假設(shè)是合理的，但它并沒(méi)有回答這些星系中心質(zhì)量較小但仍然超大質(zhì)量的黑洞是如何形成的問(wèn)題。越來(lái)越多的證據(jù)支持直接折疊模型，但我們還沒(méi)有看到這個(gè)過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用。

無(wú)限星系在宇宙 138 億年的歷史中稍早過(guò)半，但早期的宇宙充滿了密集的氫氣云，這些氫氣云可能會(huì)相互撞擊，以非常相似的方式產(chǎn)生大量物質(zhì)的沖擊結(jié)。因此，這一發(fā)現(xiàn)是宇宙誕生之初直接坍縮模型的一個(gè)令人信服的論據(jù)。

“這幾乎是我們可能得到的確鑿的槍，”范·多庫(kù)姆 說(shuō).

兩篇概述這一發(fā)現(xiàn)的論文已提交給天體物理學(xué)雜志快報(bào).它們可以在 arXiv 上找到這里和這里.

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