【宇宙之謎】神秘「巨嬰」來歷不明,天文學家:它們屬於未知的維度

幾乎每個大型星系的中心都有超大黑洞,它們的質量至少在太陽幾百萬倍以上。但是近年的研究表明,它們的存在似乎不合常理。因為科學家發現,超大質量黑洞在宇宙十分年輕時就出現了,堪稱「巨嬰」。

感謝大自然賜予我們「時光機」。在我們看來,宇宙中的天體距離越遙遠,它們所在的時間就越接近宇宙的初期。因此,科學家能夠在宇宙年齡僅有當前6%的時空中,發現質量相當於太陽10億倍的黑洞。通過低機率的黑洞合併,黑洞不可能在這麼短的時間內就生長得這麼大。因此超大質量黑洞的成因至今是個謎。

科學家最新提出的一個新理論認為,超大質量黑洞的雛形可能是由暗物質暈坍縮而成的。

暗物質暈理論上包裹著每個星系或星系團。沒有它的引力維繫,星系、星系團都將分崩離析。

雖然物理學家到目前為止都沒有在實驗室裡發現過暗物質,但是基於大量間接的觀測證據,大多數科學家都相信暗物質的存在。佔據宇宙質量85%的暗物質至關重要,儘管我們怎麼也看不到它,仿佛它存在於另一個維度一樣。

探究超大質量黑洞的成因有兩個思路。其一是它們的雛形本身就很大,其二是它們的生長速度奇快。但是人們一直苦於想不出,黑洞雛形的質量如何才能足夠大?抑或它們生長的速度又如何能夠那麼快?

流行的觀點認為,超大質量黑洞是早期宇宙原始星系中的原初氣體坍縮而成的。但是許多新發現的超大質量黑洞初始質量,要遠遠大於該理論框架下黑洞雛形所擁有的質量,除非這些黑洞雛形的生長速度快得驚人。

而參與新研究的科學家則認為,假如暗物質擁有某種特性,那麼質量巨大的暗物質暈,就能夠坍縮成黑洞的雛形。

研究人員認為,如果暗物質粒子擁有自我相互作用的能力,那麼暗物質暈就會引起引力熱坍縮效應。在引力熱坍縮效應下,暗物質暈會在其中心形成一個質量足夠大的黑洞雛形。這個黑洞雛形只要按一般預期速度生長,就會在較短時間內,變成超大質量黑洞。

一般來說,暗物質粒子會在引力的作用下聚集在一起,形成暗物質暈。而在這個暈的發展過程中,會出現引力和壓力這兩種相反的力。引力將會把暗物質粒子拉在一起,而壓力又將會把它們分開。

研究人員認為,假如暗物質沒有自我相互作用的能力,那麼在被引力拉向暈中心的過程中,它們會變得越來越「熱」,運動速度也會變得越來越快。增加的壓力會將它們拆散,最終無法聚集在一起。

但是假如暗物質擁有自我相互作用的能力,那麼在此過程中,「熱」會從「溫度」較高的部分傳遞給「溫度」較低的部分。暗物質粒子也就比較不容易被拆散,最終也能夠聚集在一起。

暗物質暈中心擁有角動量,也就是說它會自轉。假如暗物質擁有自我相互作用的能力,暗物質暈中心就會變得「黏稠」,角動量會被這種「黏稠」抵消。而這會推進坍縮的發生。坍縮的進程一旦開始,確定質量的暈中心區域,半徑會縮小,自轉速度會下降,最終變成一個奇點。一個超大質量黑洞的雛形由此誕生。

該理論的吸引人之處,是這樣的黑洞雛形質量相當大,足夠其在較短的時間內,迅速變成一個超大質量黑洞。

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