詹姆斯・韋伯望遠鏡所發現宇宙黎明時期的不可能存在的超大質量黑洞,新論文或許能解釋其生成的原因
97 次觀看·2024年11月23日
根据现有的宇宙观测结果,天文学家发现几乎在每一个星系的核心区域,都存在着超大质量黑洞。它们的质量跨度极大,从约为太阳质量的 10 万倍,直至数十亿倍不等。最为惊人的是,通过詹姆斯・韦伯太空望远镜(JWST)的观测发现,这些如同巨兽般的黑洞,竟然出现于宇宙黎明的边缘地带,也就是在大爆炸发生仅仅数亿年之后,这也恰巧是第一批恒星和星系刚开始形成的时期。
超大质量黑洞如此早地出现在宇宙之中,这无疑给人类的宇宙学带来了一个巨大的挑战。要知道,人类目前所知晓的形成黑洞的唯一方式,是经由大质量恒星的死亡过程。具体而言,就是恒星得先经历形成、生存阶段,而后走向死亡,并留下黑洞这样的一个历程。而且,这些由恒星演化而来的黑洞,它们还需通过合并以及吸积新的物质,方能达到如此巨大的规模,历时要长达十几亿甚至几十亿年。而韦伯望远镜在宇宙边缘发现的这所有的一切黑洞,却颠覆了这样的理论,因为这些黑洞所处的位置,都表明他们是在极其短暂的时间内完成的,这实在是令人难以置信。
長久以來
天文學界一直對那些彷彿在宇宙最初時期
便已全然形成的超大質量黑洞深感困惑
而最近
一篇全新的論文給出了一種可能的解釋
這些龐大無比的黑洞或許在宇宙大爆炸一時
是以微小的原始種子形態現身的
根據現有的宇宙觀測結果
天文學家發現
幾乎在每一個星系的核心區域
都存在着超大質量黑洞
它們的質量跨度極大
從約爲太陽質量的十萬倍
直至數十億倍不等
最爲驚人的是
通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的觀測發現
這些如同巨獸般的黑洞
竟然出現在宇宙黎明的邊緣地帶
也就是在大爆炸發生僅僅數億年之後
這也恰巧是第一批恆星和星系
剛開始形成的時期
超大質量黑洞如此早地出現在宇宙之中
這無疑給人類的宇宙學
帶來了一個巨大的挑戰
要知道
人類目前所知曉的形成黑洞的唯一方式
是經由大質量恆星的死亡過程
具體而言
就是恆星得先經歷形成
生存階段
而後走向死亡
並留下黑洞這樣的一個歷程
而且
這些由恆星演化而來的黑洞
它們還需通過合併以及襲擊新的物質
方能達到如此巨大的規模
歷時要長達十幾億
甚至幾十億年
而韋伯望遠鏡在宇宙邊緣發現的
這所有的一切黑洞
卻顛覆了這樣的理論
因爲這些黑洞所處的位置
都表明它們是在極其短暫的時間內完成的
這實在是令人難以置信
這種不同尋常的狀況
促使研究人員絞盡腦汁去探尋
能夠快速構建出這些巨大黑洞的巧妙方法
在提交給宇宙學與天體粒子
物理學雜誌的一篇論文裏
研究人員提出了一個頗爲激進的解決方案
這些龐大的黑洞
很有可能在宇宙的極早期階段
就已經誕生了
回溯到20世紀70年代
斯蒂芬·霍金曾提出過一個觀點
宇宙在大爆炸最初的那幾瞬間
這些黑洞並非源自恆星的坍塌
恰恰相反
它們是直接從早期那些混沌波動之中
被壓縮成高密度的物質與能量
進而誕生出來的
霍金還提出
這些可能小如小行星的黑洞
會通過一種被稱作霍金輻射的方式慢慢溶解
並且在當今的宇宙中是能夠被觀測到的
這便是他的著名理論之一
霍金輻射理論
霍金輻射向我們揭示了一個真相
黑洞其實並非是一個完美無缺的吞噬者
在量子世界的奇妙影響之下
在黑洞附近常常會發生一些極爲奇妙的現象
粒子和反粒子這一對雙胞胎
會毫無徵兆地從虛無之中突然出現
隨後又瞬間消失
而在黑洞附近
這種現象就顯得更爲有趣了
因爲有時候
這對雙胞胎之中的一個會被黑洞無情地吞噬掉
而另一個則能夠幸運地逃脫黑洞的魔掌
成功逃出生天
當一個粒子被黑洞吞噬進去的時候
就彷彿是從黑洞那裏偷走了一小部分能量
這會致使黑洞損失一點點質量
而那個成功逃脫的粒子
則好似黑洞在向外釋放能量
這便是我們所說的霍金輻射
倘若這種釋放的情況持續不斷地發生
那麼黑洞就會逐漸變小
就如同是在慢慢地進行瘦身一般
直至最後有可能徹底消失不見
更爲有趣的是
這種瘦身的過程
在小型黑洞身上發生的速度會更快一些
因爲它們更容易受到量子效應的影響
所以說
霍金輻射這一理論揭示了一個祕密
即便是像黑洞這般強大無比的天體
也並非是永恆不變的
它們同樣會因爲這些微小的量子效應
而逐漸發生變化
直至最終消失
這一發現無疑讓我們對宇宙
那神祕莫測的力量
有了更爲深刻的理解
也使得我們對黑洞的認知
變得更加豐富多樣
然而經過幾十年的深入調查
我們並未找到任何有關
這些原始黑洞存在的證據
所以我們可以推斷出
如果這些原始黑洞確實存在的話
那麼它們在宇宙中
所有物質當中所佔的比例
必定是極小的一部分
但即便只是這微不足道的一小部分
卻也已經足夠了
研究人員發現
哪怕只是一小部分的原始黑洞
也能夠在一億年的時間裏不斷增長
倘若這些黑洞
恰好處於物質最爲密集的集合區域之中
那麼它們就極有可能
襲擊到足夠多的物質
從而在JWST觀測到它們的那個時期
達到超大質量的狀態
在這樣的情形之下
那些巨大的黑洞
其中極有可能包括銀河系中心的那一個
並非是在第一批恆星和星系形成之後
纔開始增長的
而是與它們同步並行的增長
它們將會在宇宙的黑暗時代
也就是在星光照亮整個宇宙之前的那段時間裏
獲取到自身的大部分質量
當那些最初的恆星
真正開始發光閃耀之時
它們便會與這些龐大的
如同怪物般的黑洞
一同共享整個宇宙
就目前這個階段而言
上述這種想法
還僅僅只是一個有待驗證的假設
研究人員提議
應當將這種黑洞增長模型
納入到對第一批恆星和星系發展的模擬當中
以便去探究一下這個場景
究竟有多貼合實際情況
隨後
它們便可以將這些經過模擬後
更爲貼近現實的黑洞情況
與實際的觀測結果進行對比分析
看看這樣做
是否能夠真正解開這個困擾我們已久的謎團

