——天文学家通过建模支持了一种可能理论

早在十几年前，天文学家就发现了处于宇宙黎明时期（the dawn of the universe）的超大质量黑洞的身影。它们的存在一直令人迷惑不已，因为在通常情况下，形成一个超大质量黑洞需要几十亿年的时间，而截止目前，仅通过观测发现的宇宙黎明期的超级巨兽就超过了二十几个，其中有些黑洞出现的时间要追溯到宇宙大爆炸后的8亿年以内。

例如，2015年2月的《自然》杂志，就报道天文学家们发现了一个超大质量黑洞，其质量大约是太阳的120亿倍，出现的时间仅仅是大爆炸后的8.75亿年。黑洞的成长需要时间，对于天文学家们来说，他们本来并不指望在如此早期的宇宙能够发现这般巨大的黑洞，他们甚至认为，从理论上来说，在大爆炸后的10亿年以内，发现超过100亿倍太阳质量的黑洞简直是难以置信的。

研究这种超级巨兽的成因既充满挑战又十分有趣。《Nature Astronomy（自然天文学）》杂志在线发布了一项新的研究成果，来自爱尔兰都柏林城市大学、美国哥伦比亚大学、乔治亚理工大学、赫尔辛基大学的一组研究人员，为这些古老巨大黑洞的成因增加了一个新的证明。在计算机模拟中，研究人员表明，如果位于宿主星系附近的星系能够发出足够的辐射，关闭该宿主星系的恒星形成能力，那么位于宿主星系中心的黑洞就能够迅速成长。

图片：计算机模拟图，左边所示的巨大的黑洞能够随着来自附近星系的强辐射使其宿主星系关闭恒星形成而快速生长。哥伦比亚大学的天文学教授、论文的合著者Zoltan Haiman说：“宿主星系的坍塌，以及一个百万太阳质量黑洞的形成，需要10万年，在宇宙时间里，仅仅是昙花一现的瞬间，”“几亿年之后，这个百万质量的黑洞就已经成长为一个十亿太阳质量的超大质量黑洞，这个速度比我们预期的要快得多。”

在早期宇宙，恒星和星系正在形成，当时的环境会限制黑洞成长为宇宙巨兽。因为分子氢将气体转化为恒星，这样，气体就会拥有足够的距离以逃离黑洞的引力。于是，为了“使”当时的黑洞“克服”这个障碍，天文学家们已经提出了几种方法。

在一项2008年的研究中，Haiman和他的同事们假设，来自一个巨大的临近星系的辐射能够将分子氢分解成原子氢，进而导致新生的黑洞和它的宿主星系坍塌，而非产生新的星团。随后，由哥伦比亚大学博士后研究员Eli Visbal领导的研究，计算出了这个“附近的星系”必须至少拥有超过1亿倍的太阳质量，才能放射出足够的辐射阻止宿主星系的恒星形成。尽管相当少见，但在早期宇宙中，这种大小的星系还是存在足够数量的。

《自然天文学》发布的最新研究，由爱尔兰都柏林大学的博士后研究生John Regan领导，使用哥伦比亚大学的Greg Bryan所开发的计算机软件对该过程进行建模，其中包含了引力、流体动力学、化学和辐射的影响。

研究者们花了若干天时间在超级计算机上处理数字，他们发现，这个“附近的星系”可以比此前预测的更小一些、更近一些。乔治亚理工大学天体物理系副教授、论文的合著者John Wise 说：“附近的星系不能靠得太近，也不能离得太远，就像金发姑娘原则一样。”虽然在成熟宇宙中的大多数星系中心发现了超大质量黑洞，但在宇宙的婴儿期，超大质量黑洞却并不这样常见。

研究人员希望在美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜（哈勃望远镜的继任者）明年上线并带回早期宇宙的图像时测试他们的理论。其他有关早期宇宙巨兽演化的模型包括，数百万个较小黑洞和恒星的合并形成超大质量黑洞等，这个模型也有待测试。Regan 说，“了解超大质量黑洞是如何形成的，可以告诉我们星系是如何形成和演化的，最终告诉我们更多有关宇宙的奥秘。”