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用计算机模拟发现巨型黑洞形成新
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用计算机模拟发现巨型黑洞形成新机制

2020-07-28 18:26 主页 来源:未知
用计算机模拟发现巨型黑洞形成新机制

黑洞已经被认为是宇宙中一种普遍存在的天体。而超大质量黑洞(又称巨型黑洞)是宇宙中质量和体积最大的单一天体类型,比如在我们银河系中心位置,就有一个相当于太阳的431万倍质量的超大质量黑洞,而在银河系的邻居仙女座星系的中心,有一颗大约1亿倍太阳质量的黑洞,去年公布的首张黑洞照片的m87中心黑洞,质量更是达到了太阳的56亿倍,不过它还并不是最大质量的黑洞,已知质量最大的黑洞为Ton618,相当于太阳质量的660亿倍。

那么这样的巨型黑洞是如何形成的呢?一般认为它是在宇宙大爆炸的初始阶段,在较小的宇宙空间中有一些物质密度极高的区域,直接塌陷形成了黑洞,之后这些黑洞又不断的吸附其周围的物质,使得其质量越来越大,中成为了星系或类星体的中心,这便是超大质量黑洞的由来。

不过最近日本的天文学家提出了一种新的超大质量黑洞形成理论,他们认为超大质量黑洞仍然是有超大质量恒星形成的,这些超大质量恒星位于物质极为丰富的气体云中,在气体云的中心位置,这样的恒星很多,其中有不少都会坍缩成黑洞,这些黑洞会互相合并,而且也会吞噬恒星、行星及星云等,这样都会导致其质量越来越大,最终成为超大质量黑洞。

上图中三个黑点代表气体云中首先形成的三个超大质量恒星。

为了研究超大质量黑洞的形成,日本东北大学的郑升明研究员与大向一行教授使用了日本国立天文台的超级计算机“Aterui II”进行理论模拟,发现上述的过程是成立的,合理的,在一团气体云的中心位置,先是形成了巨型恒星,而气体云周围的气体快速分裂形成了较小的恒星,模拟显示较小的恒星与气体一同向中心移动,与气体云中心的大质量恒星发生了冲撞和合并事件,使得气体云中心的大质量恒星得以高效成长,甚至产生了约一万倍太阳质量的巨型恒星。

上图中为三颗巨型恒星吸收其他物质的模拟图。

两位科学家由此提出了关于超大质量黑洞起源的新假说,推论认为之后这些超大质量恒星将继续演化,并很快形成黑洞,由于黑洞所处位置的物质极为丰富,以及它能非常迅速的吸收外围物质,使自己的质量变得更大,通过长时间不断的合并和吸收物质,它终将会成为超大质量黑洞。

天文学家们观测到的类星体和这一模拟推论的结果很相似,这类天体距离我们大都非常遥远,一般都在100亿光年以上,说明其形成的时间较早,不过类星体的质量已经非常庞大,如上面提到的Ton618的质量在太阳的660亿倍左右,距离我们约104亿光年,也就是说观测到的这个类星体黑洞志奇104亿年前的样子,那个时候宇宙才形成34亿年左右,在这样短的时间中,日本天文学家提出的这种新理论基本无法产生如此巨大质量的黑洞,因此超大质量黑洞的形成理论还有待进一步研究。