现有理论无法解释宇宙早期出现的超大质量黑洞

　　虽说科学家们认为，每个大型星系的中心都存在着一个超大质量黑洞(SMBH)(我们的银河系就有一个)，但用现有理论很难为它们的存在性作出合理解释。
　　据我们所知，死去的巨型恒星会形成黑洞。恒星坍塌理论很好地解释了大多数黑洞的形成机制：一颗比太阳质量至少高五倍的恒星，在其寿命即将结束时开始耗尽自身。恒星经历一次超新星爆炸，损失部分质量，然后坍塌成黑洞。天体物理学家认为SMBH最开始也应该就是如此形成的普通黑洞，随后在漫长的岁月中，通过蚕食附近的物质逐渐壮大自身，变成了超大质量黑洞。
　　这一理论的问题是，需要给SMBH足够漫长的成长时间。
　　今年3月，一群天文学家宣布，找到了83颗古老的SMBH，它们无视了我们的理论。
　　2017年，天文学家发现了一颗相当于8亿个太阳质量的大质量黑洞，这个黑洞非常古老——在大爆炸后仅过了6.9亿年就已经成形。许多SMBH都是太阳质量的数十亿倍。同时，根据它们的多普勒宇宙学红移，它们必定形成于大爆炸后的前8亿年。
　　问题就出在这里：如此短暂的时间，不足以支持它们膨胀到如此规模。
　　加拿大安大略省韦仕敦大学的研究人员认为，他们已经搞清了其中的奥妙。新的假说被称为“直接坍塌”，用于解释这些令人难以置信的古老SMBH。
　　他们的论文题为《直接坍塌情景中超大质量黑洞的质量函数》，发表在Astrophysical Journal Letters上。
　　作者是Shantanu Basu和Arpan Das。Basu是恒星形成和原行星盘演化早期阶段领域里公认的专家。他也是韦仕敦大学的天文学教授。 Das来自该校的物理和天文系。
　　直接坍塌理论认为，古老的超大质量黑洞会在很短的时间内高速扩张。然后，突然停止。为此，他们开发出了新的数学模型。他们指出，爱丁顿极限在该机制中发挥了作用。
　　“超大质量黑洞只在极短时间里才能快速生长，然后，因受其他黑洞和恒星制造出的能量波的作用，黑洞停止生长。间接的观察证据，表明黑洞起源于恒星的直接坍塌，而不是来自恒星残骸。”
　　新假说为天文学中一直存在的棘手问题提供了有效解释。Basu认为，可以通过未来的观测，验证宇宙早期超大质量黑洞的形成历史。
　　本文译自  sciencealert，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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