散文網(wǎng) » 科技 »自然 » 比太陽重100億多倍的超大黑洞，是如何產(chǎn)生的終于有了答案！

比太陽重100億多倍的超大黑洞，是如何產(chǎn)生的終于有了答案！

2020-08-29 20:44 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

天體物理學(xué)家進(jìn)行的最新計(jì)算機(jī)模擬，揭示了超大質(zhì)量黑洞起源的新理論。在這一理論中，超大質(zhì)量黑洞的前身不僅吞噬了星際氣體，而且還吞噬了較小的恒星。

這有助于解釋觀測到的大量超大質(zhì)量黑洞?，F(xiàn)代宇宙中幾乎每個星系中心都有一個超大質(zhì)量黑洞，這些超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量有時可以達(dá)到太陽質(zhì)量的100億多倍。然而，超大質(zhì)量黑洞的起源仍然是天文學(xué)重大謎團(tuán)之一。

一種流行的理論是直接坍塌模型，星際氣體的原始云在自重作用下坍塌形成超大質(zhì)量恒星，然后演化成超大質(zhì)量黑洞。但之前的研究表明，直接坍塌只適用于僅由氫和氦組成的原始?xì)怏w。碳和氧等較重的元素改變了氣體動力學(xué)，導(dǎo)致坍塌的氣體分裂成許多較小的云團(tuán)，形成了小恒星，而不是幾顆超大質(zhì)量恒星。所以僅靠原始?xì)怏w的直接坍塌，不能解釋我們看到的大量超大質(zhì)量黑洞。

日本科學(xué)促進(jìn)會和東北大學(xué)博士后研究員Sunmyon Chon和研究團(tuán)隊(duì)利用日本超級計(jì)算機(jī)ATERUI II的國家天文臺進(jìn)行了長期3-D高分辨率模擬，以測試即使在重元素富集的氣體中，也可以形成超大質(zhì)量恒星的可能性。由于模擬氣體劇烈分裂的計(jì)算成本，包括重元素在內(nèi)氣云中的恒星形成一直很難模擬，但計(jì)算能力的進(jìn)步，特別是“ATERUI II”的高計(jì)算速度，使該團(tuán)隊(duì)能夠克服這一挑戰(zhàn)。

這些新模擬使得更詳細(xì)地研究氣體云中恒星的形成成為可能。與之前的預(yù)測相反，研究小組發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量恒星仍然可以由重元素富集的氣體云形成。不出所料，氣體云猛烈分裂，形成了許多較小恒星。然而，有一股強(qiáng)大的氣體流向云層中心；較小的恒星被這種氣流拖曳，并被中心的大質(zhì)量恒星吞噬。這些模擬結(jié)果導(dǎo)致了一顆質(zhì)量比太陽大10000倍的大質(zhì)量恒星形成，這是研究人員第一次展示在富含重元素的云層中，形成這么大的黑洞前身。

圖示：模擬快照顯示了黑洞形成時宇宙中物質(zhì)的分布和產(chǎn)生黑洞的氣體云密度分布。在底部面板中，圖形中心附近的黑點(diǎn)代表大質(zhì)量恒星，這些恒星被認(rèn)為會在時間上演化成黑洞。白點(diǎn)是小于10個太陽質(zhì)量的恒星，它們是由氣體云形成，許多較小恒星與中心的超大質(zhì)量恒星合并，使得大質(zhì)量恒星得以高效生長。

研究人員相信，這樣形成的巨星將繼續(xù)生長和演化成一個巨大黑洞。這一新模型表明，不僅原始?xì)怏w，而且含有重元素的氣體也可以形成巨型恒星，這就是黑洞的種子。東北大學(xué)教授Kazuyuki Omukai表示：新模型比之前的研究能夠解釋更多黑洞起源，這一結(jié)果使人們對超大質(zhì)量黑洞的起源有了統(tǒng)一認(rèn)識。