超大質量黑洞,或超大質量黑洞,黑洞的質量,幾百萬到幾十億倍太陽質量。 銀河系主機形成超大質量黑洞的質量幾百萬倍太陽質量。 令人驚訝的是,當宇宙天體物理的觀測表明,超大質量黑洞已經存在很年輕。 例如,十億太陽質量的黑洞是發現當宇宙只是6%的當前的時代,137億年。 這些超大質量黑洞在早期宇宙如何產生?

  由加州大學河濱分校的一位理論物理學家領導的團隊提出了一個解釋：暗物質暈的坍塌可能會產生一個巨大的種子黑洞。暗物質暈是圍繞星系或星系團的不可見物質暈。盡管實驗室從未發現過暗物質，但物理學家仍然相信這種占宇宙物質 85% 的神秘物質存在。如果星系的可見物質沒有嵌入暗物質暈中，這種物質就會飛散。

  加州大學河濱分校物理學和天文學副教授于海波說：“物理學家很困惑，為什么早期宇宙中位于暗物質暈中心區域的 SMBH 會在短時間內如此大規模地增長。”領導了發表在《天體物理學雜志快報》上的研究。 “這就像一個重達 200 磅的 5 歲孩子。這樣的孩子會讓我們所有人感到驚訝，因為我們知道新生兒的典型體重以及這個嬰兒的生長速度。談到黑洞，物理學家對種子黑洞的質量及其增長率有著普遍的期望。SMBH的存在表明這些普遍的期望已經被打破，需要新的知識。這很令人興奮。”種子黑洞是初始階段的黑洞——類似于人類生命中的嬰兒階段?！拔覀兛梢韵氲絻蓚€原因，”于補充說。 “種子——或‘嬰兒’——黑洞要么比我們想象的要大得多，要么比我們想象的增長得快得多，或者兩者兼而有之。隨之而來的問題是產生足夠大的種子黑洞的物理機制是什么，或者達到足夠快的增長率？”

 “黑洞通過吸積周圍物質而變得巨大需要時間，”共同作者、芝加哥大學卡夫利宇宙物理研究所的博士后研究員 Yi-Ming Zhong 說。 “我們的論文表明，如果暗物質具有自相互作用，那么光暈的引力坍縮會導致一個足夠大的種子黑洞。它的增長率將更符合一般預期。”在天體物理學中，用于解釋 SMBH 的一種流行機制是早期宇宙中原星系中原始氣體的坍縮?！叭欢?，這種機制無法產生足夠大的種子黑洞來容納新觀察到的 SMBH——除非種子黑洞經歷了極快的增長，”于說。 “我們的工作提供了另一種解釋：一個自相互作用的暗物質暈經歷了重力熱不穩定性，其中心區域坍塌成一個種子黑洞。”

  暗物質粒子首先在引力作用下聚集在一起，形成暗物質暈。在光環的演化過程中，有兩種相互競爭的力量——重力和壓力——在起作用。當重力向內拉暗物質粒子時，壓力將它們向外推。如果暗物質粒子沒有自相互作用，那么，當重力將它們拉向中心暈時，它們會變得更熱，也就是說，它們移動得更快，壓力有效增加，然后它們會反彈回來。然而，在自相互作用暗物質的情況下，暗物質自相互作用可以將熱量從那些“較熱”的粒子傳輸到附近較冷的粒子。這使得暗物質粒子很難反彈。

  于解釋說，會坍縮成黑洞的中央光暈具有角動量，這意味著它會旋轉。自相互作用會引起粘性或“摩擦”，從而消散角動量。在坍縮過程中，具有固定質量的中心暈由于粘性而半徑縮小并減慢旋轉速度。隨著進化的繼續，中央暈最終坍縮成一個單一的狀態：一個種子黑洞。這種種子可以通過吸積周圍的重子（或可見的）物質（如氣體和恒星）而變得更大。

 “我們設想的優勢在于種子黑洞的質量可能很高，因為它是由暗物質暈的坍塌產生的，”于說。 “因此，它可以在相對較短的時間內成長為一個超大質量黑洞。”這項新工作的新穎之處在于，研究人員確定了重子——普通的原子和分子粒子——對這一想法起作用的重要性。

    “首先，我們證明重子的存在，如氣體和恒星，可以顯著加速光暈引力坍縮的開始，并且可以足夠早地產生種子黑洞，”于的研究生馮偉祥說。和論文的合著者。 “第二，我們展示了自相互作用可以引起粘性，從而消散中央暈的角動量殘余。第三，我們開發了一種方法來檢查觸發坍縮暈的一般相對論不穩定性的條件，這確保了種子黑洞可以滿足條件的情況下形成。”