活跃的超大质量黑洞可能有助于形成大质量行星
活跃的超大质量黑洞可能有助于形成大质量行星。图片来源：Pixabay/CC0 公有领域
（神秘的地球uux.cn）据新墨西哥州立大学：关于黑洞的一个流行神话是，它们像巨大的宇宙吸尘器，吸取周围的一切。但弗拉基米尔·莱拉的研究发现了超大质量黑洞周围存在一种新机制，更像是宇宙的育婴室，孕育出比木星更质量的行星。
“我们发现的天体质量是地球的千倍，但却由纯尘埃构成，”莱拉说。“不仅如此，这些天体中有些正接近太阳的质量。”
莱拉是新墨西哥州立大学天文学副教授，2010年作为博士后研究员开始了这项研究，期间与巴里·麦克纳南、萨维克·福特和莫迪凯-马克·麦克洛在美国自然历史博物馆合作。
目前在圣菲预备学校工作的布彭德拉·米什拉加入了莱拉的团队，促成了他们的论文《活跃银河核托里：数百万行星的潜在出生地》发表在《天体物理学杂志》上。合著者包括麦克纳南、麦克洛、福特和哈里森·E·库克。
黑洞盘中的尘埃世界
“我们提出了一个假说：围绕超大质量黑洞盘运行的低质量黑洞会表现得就像行星胚胎或原行星绕太阳一样，”莱拉解释道。
“它们会迁移，会改变轨道，会与其他原行星碰撞，制造更大的天体。这是一种与宇宙中其他任何东西形成重黑洞的方式完全不同。我们已经把这个想法发展成了一个完整的理论。它被称为'AGN通道'，并积累了令人信服的观测证据。”
莱拉的团队发现，超大质量黑洞周围吸积盘的外层区域可能存在类似婴儿恒星周围吸积盘的条件。与原行星盘类似，超大质量黑洞周围的盘中包含纯尘埃的行星质量天体。
莱拉的团队利用计算机模型配置了这些盘外区域的条件，发现了尘埃如何聚集在一起，以及新生行星如何在数百万年间生长。
从巨行星到恒星
米什拉说：“最大的惊喜是行星数量和大小——它们在活跃星系核的一生中可以变得如此巨大和沉重。”
计算机模拟显示，一个名为活动星系核（Active Galactic Nucleus，AGN）的星系中央紧凑区域，通过物质坠落到超大质量黑洞中产生巨大能量，使尘埃和气体加热并发出耀眼光芒，形成巨大的系外行星。
由于这些系外行星质量极大，它们处于能够引发核聚变并成为恒星的范围内。
“这是我们首次发现的恒星形成机制，”莱拉说。“恒星通常形成于我们所说的引力坍缩。它是自上而下的。你形成气体时，有一大团气体云，密度太大，因此会在自身重量下坍缩。通常，你从一个大物体开始，它坍缩形成一颗恒星。
“我们的机制正好相反。你是从下而上形成的。你先形成构件，然后吸积气体，然后砰，你就形成了一颗恒星。”
通往重型黑洞的路径
莱拉的团队认为，这种环境非常适合制造大型恒星，而这些恒星可能会坍缩成黑洞。这些黑洞最终可能碰撞产生质量为太阳数百倍的重黑洞。
“这些黑洞巨大无比，”米什拉说。“它们的大小是太阳的数百甚至数千倍，如果开始向中心移动，还会产生一个信号，很可能会被激光干涉空间天线（LISA）探测到，这是一种引力波信号。”
LISA是欧洲航天局计划于2030年代中期发射的一座即将建成的空间天文台。它将由三艘相同的航天器组成，呈等边三角形排列，互相发射激光束。LISA旨在探测和测量引力波——由巨大宇宙事件引起的时空结构中无形的涟漪。
“这些质量会弯曲时空，所以当两个黑洞相互绕行时，它们会以波浪般的方式改变空间的结构，”莱拉说。“爱因斯坦在提出广义相对论时预测了这些引力波。这为宇宙打开了一扇新的窗口，但现在黑洞已经不再是黑色的了。我们可以观测这些引力波。”
微透镜作为测试
莱拉团队将如何证明他们的理论？关键在于阿尔伯特·爱因斯坦在1912年提出的一个想法，24年后勉强发表在《科学》杂志上。这被称为微透镜现象，一种现象，一个巨大的、常常看不见的天体充当宇宙放大镜，照亮背景恒星以测试新理论天体的存在。
在这种情况下，通过预测对应特定理论天体的唯一、可观测的“变亮模式”（光变曲线），这些科学家可以在天文数据中寻找匹配的“指纹”，以验证他们的理论。
“爱因斯坦认为它永远无法被观测，因为信号非常微小，但他的理论引发了一个全新的领域，”莱拉说。“这是我们寻找系外行星的主要技术之一。现在有一项价值数十亿美元的NASA任务——南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，将用这项技术绘制一系列系外行星的地图。
“在我们的论文中，我们预测这也可以用来证明我们的理论是正确的，因为一旦绕AGN盘运行的行星沿着AGN的视线经过，它们将作为明亮AGN的引力透镜。”
下一步模拟与罗马数据
NASA将于8月发射罗马太空望远镜。它的视场是哈勃太空望远镜的100到200倍。配备3亿像素红外摄像头，罗曼将能够捕捉宇宙的宏大高分辨率全景图像。
但球队并没有等到这一天;它已经在计划下一次计算机模拟，重点预测引力波事件的电磁对应物。
米什拉说：“我们的计划是在完整的计算机模型中创建这样一个情景：黑洞正在螺旋流动，我们有磁场，模拟中存在大量湍流。”“这将是一个极其复杂的模拟，这是我们的下一步。”
出版信息
Bhupendra Mishra等人，活动星系核Tori：数百万行星的潜在出生地，《天体物理学杂志》（2026）。DOI:10.3847/1538-4357/ae6f0b
