揭秘早期超大黑洞的形成过程 促进宇宙与星系进化

中国市场研究网www.hjbaogao.com.cn2018-03-07 10:16:39
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据美国科罗拉多大学波尔德分校天体物理与行星学家米切尔-贝格尔曼教授介绍,宇宙最早期的超大黑洞的形成过程分为两个阶段。超大黑洞形成之前的天体被称为“超大质量恒星”。在宇宙大爆炸后的最初几亿年中,即大约140亿年前,这些超大质量恒星开始形成,并不断膨胀增长。一颗超大质量恒星最终会成长为一个巨大规模的天体,其质量相当于太阳的数千万倍。但是,这种超大质量恒星寿命很短,它们在成形数百万年之后就会因为内核崩塌而死亡,并最终成为种子黑洞。种子黑洞将在超大质量恒星的“蚕茧”状外壳中迅速成长。
贝格尔曼在他的最新研究论著中向人们介绍了如何推算超大质量恒星的形成过程,如何计算它们的内核质量。通过这些计算方法,贝格尔曼估算出了超大质量恒星形成后的大小,推演了它们进化的过程,其中包括它们如何演变成种子黑洞的过程。科学家介绍说,为了促进其内部种子黑洞的快速成长,这些以氢为燃料的超大质量恒星必须要保持相对的稳定。它们要么是通过自转方式,要么是通过磁场的力量来实现这一目标。贝格尔曼说,“我们已经建立起这些超大质量恒星形成的新模型,通过这种模型我们就可以更好地理解超大黑洞可能的形成机制。”
对于超大质量恒星的形成,贝格尔曼解释说,基本的前提就是实现物质的积聚,积聚的速度大约为每年一个太阳的质量。由于大量的物质被超大质量恒星所聚集,因此在这些恒星中心所形成的种子黑洞,它们的起步质量就会比普通黑洞大得多。接下来,它们才会成长为质量更大的黑洞。
当种子黑洞形成后,就进入了超大黑洞形成的第二阶段。贝格尔曼将这个阶段命名为“类星阶段”(quasistar)。在“类星阶段”中,黑洞不断吞噬周围的物质并迅速成长,最终它们会膨胀到一个太阳系的规模,然后开始冷却。当这些“类星”冷却到了一个特定的程度,它们就开始以极高的速率向外辐射能量。这种辐射将使得周围气体开始分散,黑洞的质量保持在太阳的1万倍左右。在完成从“类星”到真正黑洞的转化后,它们就开始不断通过吸收周围星系的气体或在极端剧烈的星系碰撞中吞并其他黑洞。当一个超大质量黑洞形成后,其质量相当于太阳的数百万到数十亿倍。贝格尔曼说,“直到最近,仍然有许多人认为超大质量黑洞在形成的最初阶段就开始吞并宇宙中无数的小黑洞。我们新的黑洞演化模型表明,可能还存在其他的演化过程。”
黑洞是一种密度极高的天体,具有一个极强的引力场。没有任何事物或光线能够摆脱黑洞的吸引。天文学家根本无法直接观测到黑洞,但是可以根据它们周边的恒星物质涡流和正在向它们极速靠近的气体喷射物来寻找它们存在的证据。
据科学家介绍,在宇宙历史上,最初形成的超大黑洞可能会继续产生“类星体”现象。“类星体”是遥远星系最为明亮、充满能量的中心,比太阳的亮度高出1万亿倍。现在已有证据证明,在如今每一个大型星系的中心,都存在一个超大质量黑洞,包括银河系。贝格尔曼认为,“由超大质量恒星所形成的超大黑洞,它们对于宇宙的进化和星系的形成具有重要的意义。”
到2013年,美国宇航局将发射“詹姆斯韦伯太空望远镜”。届时,科学家们将能够在早期宇宙的边缘时时发现这种“蚕茧”状的超大质量恒星。
 

 

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