解開宇宙超大質量黑洞形成機制之謎(組圖)

2010-08-27 09:10

氣體雲盤的演化，從形成倒塌縮

兩個等質量星系相撞並形成一個超大質量氣體雲，最終塌縮形成黑洞的過程

據國外媒體報導，通過對宇宙早期大質量星系碰撞模型的研究，天文學家日前解開了宇宙形成初期超大質量黑洞的形成之謎。

「這項工作首次演示了一團超大質量塵埃雲如何塌縮聚集成為超大質量黑洞的過程，」物理學家魯奇奧·梅耶(Lucio Mayar)說。他來自瑞士理論物理學院，是這項研究的首席科學家。該項發表已經發表於8月26日的《自然》雜誌。 「在其他類似的模擬中，人們都僅僅假設了一個星系的情形，但是我們知道在宇宙的早期階段，星系碰撞是非常頻繁的。」

超大質量黑洞可以具有數億倍太陽質量，幾乎存在於每個星系的中心，梅耶說。在這項研究的數學模擬中，當兩個原始星系發生相撞時，形成了一個超大質量黑洞。但是不同的是，初期的原始星系含有比現代星系多得多的氣體成分。在碰撞過程中，星系中的氣體由於引力潮汐作用落向質量中心，從而能形成一個緻密、超大質量的氣體雲核心，其具備的超大質量很快就將使自己崩塌，收縮成一個巨大的黑洞。

「這種情況讓人困惑，我們無法理解具備數十億倍太陽質量的超大黑洞何以存在於早期宇宙中，」天文學家朱莉·科莫福德(Julie Comerford)說。她是加州大學伯克利分校教授，雖沒有參與此項研究，但她接受了記者的採訪併發來電子郵件。 「這次的研究是對於理解超大質量黑洞如何快速形成的重要進展。」

此項新的模擬對於尋找引力波具有重要意義，引力波是愛因斯坦的廣義相對論中預言的一種時空波動現象。「當這種超大質量黑洞出現，時空將顯示巨大的扭曲。我們認為這將是宇宙中存在的最顯著引力波作用，應當最容易被探測出來，」梅耶說。「當你成功模擬這樣的大質量黑洞形成過程，你應當能夠找到很多極早期宇宙引力波的痕跡」

針對這一謎團，美國宇航局將在未來10~15年內發射激光干涉空間天線(LISA)衛星，其設計目的便是從未被探測到的引力波現象。梅耶表示，根據這次的研究結論，即早期宇宙有大量超大質量黑洞形成，宇航局LISA衛星上的探測器將著重探測來自早期宇宙的引力波。