日本近日發現超大質量黑洞形成新線索

2020年06月22日08:56  來源:科技日報
 

超大質量黑洞的起源目前仍存在很多難以解釋的謎題。而據日本國立天文台網站近日消息稱,科學家借助超級計算機的模擬,首次在重元素氣體雲中發現了超大質量黑洞的“前身”,在這一理論中,超大質量黑洞的“前身”不僅吞噬了星際氣體,而且還吞噬了較小的恆星。相關研究報告日前發表於《英國皇家天文學會月刊》。

黑洞是宇宙中的龐然大物。一般認為,在所有星系的中心都存在超大質量黑洞,而橫亙在太陽系中央的超大質量黑洞幾乎比太陽大400萬倍。不過,超大質量黑洞的起源對天文學界來說依然存在很多紛爭。

此前一種流行理論是“直接坍塌模型”——僅含氫、氦兩種元素的氣體雲會迅速收縮從而形成黑洞。不過該理論僅能解釋部分在早期宇宙中形成的超大質量黑洞的起源。因為如果還有碳和氧等較重的元素,就會改變氣體動力學,導致坍塌的氣體分裂成許多較小的雲團。所以僅靠原始氣體的“直接坍塌論”,依然不能解釋為何目前觀測發現的超大質量黑洞數量會多於理論預測這一實際問題。

科學家也曾經使用大型計算機進行模擬,試圖對相關假說進行驗証,但計算機的性能不足導致一直沒有答案出爐。此次,天文學家利用日本國立天文台的超級計算機“Aterui Ⅱ”進行了長期3D高分辨率模擬,以測試即使在重元素富集的氣體中,也可以形成超大質量恆星的可能性。

與此前理論預測相同,氣體雲中心附近形成了大質量恆星,周圍的氣體快速分裂形成了較小的恆星。隨后的模擬中,較小的恆星與氣體一同向中心移動,與氣體雲中心的大質量恆星發生了沖撞與合並——中心附近形成的大質量恆星得以高效成長。這些模擬結果導致了一顆質量比太陽大10000倍的大質量恆星形成,這也是研究人員第一次在富含重元素的雲層中,形成了這麼大的黑洞“前身”。

研究人員認為,這些超大質量恆星將繼續演化進而形成超大質量黑洞。而正是計算能力的進步,使得新模擬可以更詳細地研究氣體雲中恆星的形成,讓科學家距離超大質量黑洞的起源更近了一步。

總編輯圈點

黑洞是宇宙中最大的謎團之一,人類對其的了解恐怕只是冰山一角。好在天文學家正在不斷推進對它們的認知,新發現層出不窮。比如,美國激光干涉儀引力波天文台今年4月宣布,與歐洲“處女座”引力波天文台聯合探測到與眾不同的引力波信號,它們來自質量迥異的黑洞發生的碰撞。除了直接探測引力波,計算機模擬也是研究黑洞的重要方式——對於目前難以通過直接探測進行驗証的黑洞理論,計算機模擬結果可以給天文學家提供重要啟發。

(責編:劉楊、席秀琴)