在宇宙的盡頭有著質量相當于太陽幾十億倍的巨大黑洞。這些巨型天體——類星體——以星際氣體為食，連續不斷的吞沒大量氣體。氣體在被吞噬以及在黑洞引力作用下被碾碎的過程中會釋放出的光，后者穿越宇宙經過亙古進入地球上望遠鏡的觀測范圍，從而揭示了自己的存在。因此觀測宇宙的邊緣就是在回溯過去。我們所觀測到的其實是這些遙遠古代類星體的“嬰兒照片”，它們被拍攝于宇宙大爆炸后10億年以內：也就是年輕宇宙的怪獸嬰兒。

　　一般來說，年輕黑洞形成于巨大恒星——質量一般為太陽質量的10倍以上——在自身核燃料耗盡后的巨大爆炸。沒有恒星內核的原子熔爐推擠引力，恒星便會自我坍塌，大多數物質都會以巨大超新星爆炸的形式向外猛沖，而剩余的則向內坍塌，形成質量約為太陽10倍的黑洞。

　　自這些古代類星體被發現起，科學家們都非常好奇究竟是什么過程導致宇宙大爆炸后小型黑洞吞噬并膨脹到這樣的程度。事實上好幾個過程都限制了黑洞增長的速率。例如，氣體一般不會直接落入黑洞，而會變道形成緩慢旋轉的流，逐滴落入黑洞。當氣體最終被黑洞吞噬，它釋放出的光會推動氣體。光抵消了引力并減慢了落入黑洞的流。

　　因此，這些古代類星體究竟是如何生長的？以色列魏茨曼科學研究所粒子物理學和天體物理學學院院長塔爾·亞歷山大(Tal Alexander)教授和美國耶魯大學天文學和物理學學院教授普里亞目瓦達·那達哈間(Priyamvada Natarajan)合作進行的研究提出了一種解決方案，它被發表在期刊《科學》上。

　　他們的模型始于早期宇宙一個小型黑洞的形成。在那時，宇宙學家相信氣體流非常寒冷密集， 包含大量物質，后者比現在宇宙里觀察到的稀薄氣體流要更密集。饑餓新生的黑洞四處移動，因周圍新生嬰兒恒星的撞擊而不斷改變方向�？焖俚�“之”字形運動導致黑洞持續掃動大量氣體至軌道上，直接拖拽氣體的速度是如此高以至于氣體無法形成緩慢旋轉的運動。黑洞越大，它吸食的速率越高；這一生長率高于指數增長。大約經過了1000萬年后——這在宇宙時間里相當于一眨眼的時間——黑洞已經積累了相當于10000個太陽的質量。自那時起，異常的增長速率逐漸減慢到比較合適的程度，但黑洞的未來已經定型——它最終將達到10億個太陽的質量。

揭秘銀河系質量為10個億太陽的黑洞生長過程

據媒體報道，宇宙中存在著質量相當于太陽幾十億倍的巨大黑洞，這些巨型類星體以星際氣體為食，連續不斷的吞沒大量氣體。氣體在被吞噬以及在黑洞引力作用下被碾碎的過程中會釋放出的光，后者穿越宇宙經過亙古進入地球上望遠鏡的觀測范圍，從而揭示了自己的存在。而科學家目前所觀測到的其實是這些遙遠古代類星體的“幼兒時期”。

　　　　一般年輕黑洞是由質量為太陽10倍以上的巨大恒星在核聚變反應的燃料耗盡“死亡”后，發生引力坍縮產生的。黑洞的質量極其巨大，而體積卻十分微小，它產生的引力場極為強勁，以至于任何物質和輻射在進入到黑洞的一個臨界點內，便再無力逃脫，包括光速。

　　　　那么，這些古代類星體究竟是如何生長的呢？

　　　　以色列魏茨曼科學研究所粒子物理學和天體物理學學院院長塔爾·亞歷山大(Tal Alexander)教授和美國耶魯大學天文學和物理學學院教授普里亞目瓦達·那達哈間(Priyamvada Natarajan)合作進行的研究提出了一種解決方案，他們制作了一種模型。他們的模型始于早期宇宙一個小型黑洞的 形成。在那時，宇宙學家相信氣體流非常寒冷密集，包含大量物質，后者比現在宇宙里觀察到的稀薄氣體流要更密集。饑餓新生的黑洞四處移動，因周圍新生嬰兒恒星的撞擊而不斷改變方向�？焖龠\動導致黑洞持續掃動大量氣體至軌道上，直接拖拽氣體的速度是如此高以至于氣體無法形成緩慢旋轉的運動。黑洞越大，它吸食的速率越高；這一生長率高于指數增長。大約經過了1000萬年后——這在宇宙時間里就相當于一眨眼的時間——黑洞已經積累了相當于10000個太陽的質量。自那時起，異常的增長速率逐漸減慢到比較合適的程度，但黑洞的未來已經定型——它最終將達到10億個太陽的質量。

　　

　　　　但是，到目前為止，黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質量，并且觀測到它對其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和X射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可借由間接觀測恒星或星際云氣團繞行黑洞軌跡，來取得位置以及質量。物質在受到強烈黑洞引力下落時，會在其周圍形成吸積盤盤旋下降，在這一過程中勢能迅速釋放，將物質加熱到極高的溫度，從而發出強烈輻射，科學家也可以借此來觀察。

研究引力波或可揭開超大質量黑洞形成之謎

據媒體報道，銀河系存在不計其數的黑洞，那么黑洞是如何成長為超大質量黑洞的呢？這項研究的主要負責人有兩位，分別是來自CSIRO的博士后研究員拉楊·沙能(Ryan Shannon)，以及墨爾本大學和CSIRO聯合培養的博士生維克拉姆·拉維(Vikram Ravi)。

　　　　這些觀測主要是英聯邦工業與研究組織(CSIRO)的Parkes射電望遠鏡給出的引力波數據。該論文的合著者，澳大利亞科廷大學國際射電天文學數據節點中心的拉姆什·巴特(Ramesh Bhat)博士表示：“這是我們首次有機會運用引力波數據對宇宙的另外一面開展研究工作，那就是超大質量黑洞的成長。”他說：“目前已經排除了一項現有的黑洞成長模型，而接下來我們將繼續對其他現有模型進行考察。”

　　　　愛因斯坦曾經預言了引力波的存在——這是一種時空的漣漪，由大質量天體的運動速度或方向發生變化時引發，這類天體中比較典型的如相互圍繞運轉的兩個黑洞等等。當星系之間發生合并，它們各自中央的黑洞也將不可避免地相互遭遇。起先兩者會像是跳華爾茲那樣相互圍繞運轉，而最終它們兩者將發生碰撞并融合。巴特博士表示：“當黑洞相遇，它們將會釋放出引力波，而我們將可以探測到這種引力波的存在。”

　　

　　　　天文學家們此前一直借助Parkes射電望遠鏡開展針對引力波以及一組大約20顆小型但快速旋轉的天體，即脈沖星的搜尋和研究工作。脈沖星就像是走時極其精確的太空計時器。其脈沖抵達地球的時間被進行精確測量，結果顯示其精度在微秒級。當引力波在時空之中傳播，它會造成天體之間距離的短暫改變(膨脹或縮小)，這就將影響到脈沖星的脈沖抵達地球的時間精度。

　　　　Parkes脈沖星計時陣列(PPTA)，以及更早時期由CSIRO與斯威本大學在此之前已經積累了超過20年的數據。盡管這樣的積累時間還不足以對引力波開展細致研究，但研究人員認為他們已經找對了方向。正如巴特博士表示：“PPTA的結果向我們展示了，引力波背景的噪音是很低的。”他說：“宇宙中引力波背景噪音的強弱直接反映了其中超大質量黑洞之間相互融合的頻繁程度，它們的質量規模，以及它們距離我們的遠近。因此如果探測顯示這種引力波的背景噪音很低，這將對這一問題的解答給出一些限定條件。”

　　　　借助PPTA積累的數據，研究組對現有的4個模型進行了研究。他們的研究首先排除了其中的一項模型，該模型認為黑洞之間的相互合并是其獲得質量增長的唯一途徑。然而其他三項模型仍然需要之后開展進一步的研究。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.885221.com/tansuo/443110.html

相關閱讀：