蚕茧恒星内部诞生首个超大黑洞

黑洞内部示意图

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员在一项研究中称，宇宙中首个超大黑洞很可能是诞生于许许多多的巨大的蚕茧状超大质量恒星，并在其中像种子一样不断“萌发”增长。这些超大质量恒星可以吸收X射线，并吸引周围的气体，使之不能逃逸。

美国科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学系教授米切尔·伯格尔曼（ Mitchell Begelman）说，宇宙中首个超大黑洞的形成过程分为两个阶段。在超大黑洞形成之前的天体称为“超大质量恒星”。在140亿年前的宇宙大爆炸后的最初几亿年中，可能开始形成这些“超大质量恒星”。最终，它们的体积可能会不断长大，比太阳的体积大几千万倍。这些““超大质量恒星”寿命很短，它们在形成几百万年后，其中心就会崩裂。在即将发表于《皇家天文学会月刊》上的新研究报告中，伯格尔曼估算了“超大质量恒星”的形成过程以及其“内核”质量。通过计算，他估算出“超大质量恒星”形成后的大小和演化过程，以及它们是如何成为“种子黑洞”的过程。

伯格尔曼称，这些“超大质量恒星”上的氢不断燃烧，使其不得不通过自转、磁场以及湍流获得能量，以保持自身稳定，这加速了其内核中黑洞的增长。贝格尔曼说：“本研究的亮点在于我们发现了一个形成这些“超大质量恒星”的新的机制，这个机制提供了一种方法，它让我们了解到超大黑洞是通过什么方式快速形成的。” 形成“超大质量恒星”的基本条件是每年要聚集一个太阳大小的质量。由于“超大质量恒星”积聚了大量的物质，随后开始在内核形成的“种子黑洞”，这些“种子黑洞”比普通的黑洞大的多。“种子黑洞”随后不断快速增长。

种子黑洞形成后，进入了超大黑洞形成的第二阶段。伯格尔曼称之为“类恒星”（quasistar）阶段。伯格尔曼说，在第二阶段中，黑洞快速增长，不断吸收周围的气体，最终增长到如太阳系大小的天体，并开始冷却。这些“类恒星”冷却到一定程度后，它们以极快的速度向外辐射能量，这个过程导致其内的气体逃逸，留下了一些黑洞，这些黑洞的体积是太阳的1万倍。这些黑洞开始不断吞没周围星系的气体或者通过剧烈碰撞和其它黑洞合并，最终增长为超大黑洞，其质量是太阳的数百万到数十亿倍。

贝格尔曼说，“直到最近，仍有很多人认为超大质量黑洞在形成的最初阶段就开始吞并宇宙中无数的小黑洞。我们新的黑洞演化模型表明了不同的演化过程。”

据悉，贝格尔曼与菲尔阿米蒂奇（Phil Armitage ）以及助理埃莱娜·罗西（ Elena Rossi）共同合作，在2008年发表的文章中分析了“类恒星”阶段。

其实，黑洞是相当致密的天体，由恒星崩裂形成，具有非常强的引力场，包括光在内的任何东西都会被黑洞吸引。同时，天文学家无法直接观察到黑洞，但是，黑洞周围恒星物质成漩流以及向外极速喷射的气流表明了黑洞的存在。

在宇宙史上，最初形成的超大黑洞可能会继续产生“类恒星”现象。“类恒星”是遥远星系中非常闪亮并充满能量的中心。它可以比太阳亮一万亿倍。贝格尔曼称，同时现在已经有证据表明，在每一个大星系的中心，都有一个超大黑洞，包括我们自己的银河系。

贝格尔曼说：“超大黑洞形成于超大质量恒星的机制，可能会对宇宙的演化过程以及星系的形成都会有巨大的影响。贝格尔曼正在和密西根大学的天体物理学家合作，比较两种超大黑洞形成模型，即超大黑洞形成于超大质量恒星模型和超大黑洞由普通黑洞合并而来的模型。

据悉，美国宇航局将于2013年发射“詹姆斯·韦伯太空望远镜”，将在宇宙中探寻蚕茧状的超大质量恒星，而这些超大质量恒星在近红外电磁波谱范围内会闪闪发亮。

腾讯科技（嘟嘟/编译）