早期黑洞插圖。(圖片來(lái)源:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL加州理工學(xué)院)
（神秘的道宇地球uux.cn）據(jù)生活科學(xué)（保羅·薩特）：如何在早期宇宙中建立一個(gè)巨大的黑洞？一項(xiàng)反直覺(jué)的新預(yù)印本研究提出，從大量小公司的黑洞爆發(fā)開(kāi)始。
大量的科學(xué)觀測(cè)，特別是終知宙中最大最古自里用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）進(jìn)行的觀測(cè)，已經(jīng)揭示了鐵一般的道宇證據(jù)，證明年輕的黑洞宇宙中充滿了難以置信的大質(zhì)量黑洞。盡管天文學(xué)家無(wú)法直接看到黑洞，科學(xué)但他們確實(shí)觀察到了類(lèi)星體——由超大質(zhì)量黑洞提供動(dòng)力的終知宙中最大最古自里超明亮物體。當(dāng)物質(zhì)落到這樣一個(gè)巨大的道宇黑洞上時(shí)，物質(zhì)會(huì)壓縮并升溫，黑洞釋放出巨大的科學(xué)能量。事實(shí)上，終知宙中最大最古自里類(lèi)星體是道宇整個(gè)宇宙中最強(qiáng)大的引擎，能夠一次超越數(shù)千個(gè)星系，并持續(xù)數(shù)百萬(wàn)年。
天文學(xué)家可以從整個(gè)宇宙中看到這些巨大的宇宙燈塔，包括在恒星和星系形成的最早時(shí)期。已知最古老的類(lèi)星體存在于我們的宇宙只有幾億歲的時(shí)候。舊類(lèi)星體的存在意味著超大質(zhì)量黑洞也必須存在，但這一想法對(duì)我們目前對(duì)星系增長(zhǎng)的理解構(gòu)成了挑戰(zhàn)。據(jù)我們所知，制造黑洞的唯一方法是通過(guò)大質(zhì)量恒星的死亡。但是它們留下的黑洞質(zhì)量只有太陽(yáng)的幾倍。要形成類(lèi)星體，黑洞的質(zhì)量必須至少是太陽(yáng)的幾百萬(wàn)倍。
但是類(lèi)星體在宇宙記錄中出現(xiàn)得太早了，以至于沒(méi)有足夠的時(shí)間讓第一批恒星誕生和死亡，然后讓它們的殘余黑洞合并并積累氣體增長(zhǎng)到超大質(zhì)量狀態(tài)。
為了解開(kāi)這個(gè)謎，加州大學(xué)洛杉磯分校和東京大學(xué)的一組天文學(xué)家提出，也許是微小的黑洞幫助了這個(gè)過(guò)程。他們的研究發(fā)表在預(yù)印本數(shù)據(jù)庫(kù)arXiv上，但尚未提交同行評(píng)審。
在早期宇宙中構(gòu)建巨型黑洞的一種潛在方法是跳過(guò)整個(gè)恒星形成過(guò)程，讓巨大的氫氣云自行直接坍縮成黑洞。要讓一團(tuán)巨大的氫云坍縮，你必須消除它的熱量。但是冷氫有一個(gè)令人討厭的習(xí)慣，即從自由氫原子變成雙原子氫分子。
氫分子真的很擅長(zhǎng)通過(guò)發(fā)射輻射來(lái)冷卻自己。事實(shí)上，太好了。在傳統(tǒng)的情況下，在原子氫氣云有機(jī)會(huì)坍縮成單個(gè)黑洞之前，它分裂成許多更小的分子氫袋，每個(gè)分子氫袋都坍縮，形成一堆恒星。
訣竅是讓巨大的氫云冷卻下來(lái)——但不要太快，以免整個(gè)東西變成一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。新的研究推斷，這就是微小黑洞的救援之處。
在大爆炸的最初幾秒鐘內(nèi)，早期宇宙的物理學(xué)是如此激烈，以至于宇宙可能直接產(chǎn)生了無(wú)數(shù)個(gè)小黑洞，這些黑洞是通過(guò)時(shí)空本身的泡沫和沸騰的泡沫形成的。然而，這些小黑洞不會(huì)永遠(yuǎn)存在；它們通過(guò)霍金輻射的發(fā)射而蒸發(fā)，可能只有一小部分存活至今。
但是在宇宙的早期，第一批恒星、星系和黑洞可能要豐富得多。當(dāng)它們蒸發(fā)時(shí)，它們發(fā)出輻射，研究人員發(fā)現(xiàn)這些小黑洞可以釋放恰到好處的熱量，以防止巨大的氣體云分裂成分子氫團(tuán)，從而使氣體云緩慢而穩(wěn)定地坍縮成一個(gè)巨大的黑洞。
這個(gè)結(jié)果很有趣，因?yàn)樗鼪](méi)有引發(fā)更多奇異形式的能量釋放或新的自然力量的加入。它還表明，即使是相對(duì)簡(jiǎn)單的物理學(xué)也可以在早期宇宙中以奇怪和陌生的方式相互作用。
研究人員希望通過(guò)更全面的模擬來(lái)跟進(jìn)他們的初步研究，看看他們的模型是否能在早期宇宙中產(chǎn)生正確的巨型黑洞豐度，并尋找JWST等望遠(yuǎn)鏡可以用來(lái)驗(yàn)證這一想法的觀測(cè)線索。