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韋伯望遠鏡在132億光年外,發現了一個本不該存在的超級黑洞

2024-02-17 19:56:28

超大質量黑洞是宇宙中最大的未解之謎,它們的質量一般是太陽的數百萬至數十億倍,對於星系的結構和演化起著關鍵作用。

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡和錢德拉X射線天文臺,最近對超高紅移星系UHZ1的觀測結果表明:這個位於可觀測宇宙邊緣的星系內,存在一個4000萬倍太陽質量的超級黑洞,這個結構要是放在其他距離較近的星系上並不算什麼,但在UHZ1星系距離地球132億光年的情況下,天文學家認為我們可能看到了宇宙第一個超大質量黑洞。

更準確的說,這個4000萬倍太陽質量的超級黑洞,是在宇宙誕生早期就存在的,要知道當時宇宙中的物質並不多,也不可能有足夠多的老年恆星去形成黑洞,再合併成超級黑洞,所以這個可觀測宇宙邊緣的超大質量黑洞,完全就是個未解之謎。

首先它挑戰了我們對超大質量黑洞形成和增長的理解,在宇宙歷史的如此早期階段存在如此巨大的黑洞,難以與現有的黑洞形成理論相協調,不過UHZ1可能有助於解決超大質量黑洞起源的問題,而且針對這個問題天文學界已經出現了兩個派別,分別是小種子黑洞模型和種種子黑洞模型。

“小種子”模型認為,超大質量黑洞起始於恆星質量黑洞,即大質量恆星的殘骸,然後透過吸積物質和與其他黑洞合併,在數十億年中增長,然而這一模型並無法解釋宇宙早期為什麼會出現超大質量黑洞這個問題。

另一方面“重種子”模型提出,超大質量黑洞一開始就是直接從早期宇宙中巨大氣體雲的坍縮形成的巨大黑洞,繞過了恆星階段,這個模型至少能解釋宇宙早期為什麼會有超大質量黑洞,因為當時也許沒有很多恆星,但一定存在大量星雲物質。

甚至目前的宇宙中也有可能有一團高密度星雲,因為質量太大直接變成了黑洞,並沒有變成恆星或者星系的一部分,不過這種星雲的跨度也許要數十萬光年,在今天這個加速膨脹的宇宙中不太可能存在。

從目前的觀測結果來看,UHZ1及其中心黑洞的特性明顯支援重種子模型,而且由於直到今天我們也沒發現介於恆星黑洞和超大質量黑洞中間的中等質量黑洞,所以也許重種子模型就是宇宙超大質量黑洞起源的最終解釋。

不過也有天文學家提出不同意見,因為在眾多黑洞中,還有一種被稱為原初黑洞的存在,它們誕生於宇宙大爆炸早期的質量堆積,小到可能只有地球質量,大的可能也屬於超大質量黑洞,但目前天文學家並沒有在宇宙中發現真正的原初黑洞。

總體來看

不論是超大質量黑洞還是恆星黑洞,亦或者是原初黑洞,它們本質上都是同一種特殊的天體,未來人類文明也許能在對撞機內部產生微型黑洞,到時候研究它和研究宇宙中的大黑洞沒什麼區別,當然前提是確保安全,否則地球有可能被黑洞吞噬。

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