又發(fā)現(xiàn)一個(gè)超級(jí)黑洞，質(zhì)量是太陽(yáng)的363億倍！如何形成的？

黑洞由于不發(fā)光也不反射光，很難用常規(guī)手段觀測(cè)到，是宇宙中最神秘的天體之一。通常只有那些存在顯著吸積活動(dòng)或者可以產(chǎn)生引力透鏡等強(qiáng)引力效應(yīng)的黑洞，容易被觀測(cè)到。

天鵝座X-1是首個(gè)被人類確認(rèn)為是黑洞的天體，它是一個(gè)位于銀河系內(nèi)的恒星級(jí)黑洞，質(zhì)量約為14倍太陽(yáng)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)于1964年。自那以后，人類在銀河系及其他星系中陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了許多黑洞。其中質(zhì)量最小的僅為太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)倍，質(zhì)量最大的達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的幾百億甚至上千億倍。

在距離地球大約50億光年遠(yuǎn)的地方，有一個(gè)名為“宇宙馬蹄鐵”的星系。之所以叫這個(gè)名字，是因?yàn)槠滟|(zhì)量極其龐大，是人類發(fā)現(xiàn)的已知質(zhì)量最大的星系之一，其強(qiáng)大的引力扭曲了背景星系的光線，使其看起來(lái)像是一個(gè)馬蹄鐵的形狀。此前科學(xué)家就已經(jīng)確認(rèn)該星系中心存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，可是由于該黑洞無(wú)顯著吸積活動(dòng)，因此一直未能獲得其質(zhì)量數(shù)據(jù)。

近期，一個(gè)由英國(guó)和巴西天文學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)恒星動(dòng)力學(xué)方法以及分析該黑洞所產(chǎn)生的引力透鏡效應(yīng)，成功測(cè)出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的363億倍。這是人類首次通過(guò)純引力效應(yīng)測(cè)得休眠黑洞的質(zhì)量，相關(guān)研究成果已發(fā)表在英國(guó)科學(xué)期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

銀河系中心的那個(gè)黑洞“人馬座A*”，其質(zhì)量約為430萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量，比某些小型星系還大，而“宇宙馬蹄鐵”星系中心的那個(gè)黑洞是銀河系中心黑洞質(zhì)量的8000多倍。如此龐大的質(zhì)量，已足夠使其躋身人類已知質(zhì)量最大黑洞排行榜前10名中。

黑洞按質(zhì)量大小通常分為恒星級(jí)黑洞、中等質(zhì)量黑洞、超大質(zhì)量黑洞三類。其中，恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量一般在3倍太陽(yáng)質(zhì)量到100倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量至少在10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量以上，中等質(zhì)量黑洞的質(zhì)量介于前兩者之間。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有大型星系中心都存在超大質(zhì)量黑洞，這表明黑洞對(duì)星系的形成和演化起著至關(guān)重要的作用。目前人類在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多超大質(zhì)量黑洞，其中有的已經(jīng)陷入休眠狀態(tài)，有的則正在瘋狂的吞噬周圍的物質(zhì)，并爆發(fā)出了極為耀眼的光芒。

在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的這些超大質(zhì)量黑洞中，目前公認(rèn)已知質(zhì)量最大的黑洞是TON 618。盡管此前曾有報(bào)道稱科學(xué)家發(fā)現(xiàn)質(zhì)量高達(dá)上千億倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，但通過(guò)更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)修正后，發(fā)現(xiàn)其根本沒(méi)有TON 618大。

黑洞TON 618的質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的660億倍。該黑洞的質(zhì)量通過(guò)多種方法聯(lián)合測(cè)量得出，且被多次獨(dú)立驗(yàn)證，質(zhì)量數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，該黑洞存在顯著的吸積活動(dòng)，正在瘋狂進(jìn)食，也就是說(shuō)，其實(shí)際質(zhì)量可能比我們現(xiàn)在觀察到的大得多。之所以這樣說(shuō)，是因?yàn)樵摵诙淳嚯x我們大約104億光年，極為遙遠(yuǎn)，我們現(xiàn)在看到的只是其100多億年前的樣子。

那么這種動(dòng)輒幾十上百億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超級(jí)黑洞是怎么形成的呢？

黑洞是物質(zhì)在引力作用下發(fā)生坍縮后，在時(shí)空中所形成的奇點(diǎn)。黑洞不僅可以靠吞噬物質(zhì)不斷成長(zhǎng)，同時(shí)它們之間也可以發(fā)生合并。恒星級(jí)黑洞大多是質(zhì)量大于20倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，演化到生命末期，核心經(jīng)引力坍縮形成；恒星級(jí)黑洞不斷吸積以及合并，最終將成長(zhǎng)為中等質(zhì)量黑洞；中等質(zhì)量黑洞不斷吸積合并，將成長(zhǎng)為超大質(zhì)量黑洞。這一過(guò)程，看起來(lái)十分自然合理。

然而，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)部分超大質(zhì)量黑洞在宇宙剛剛誕生數(shù)億年后就已經(jīng)存在，有些質(zhì)量還是太陽(yáng)的上億倍，如果僅靠吸積合并，就算早期宇宙物質(zhì)平均密度很大，誕生大質(zhì)量恒星形成黑洞的頻率更高，也更利于黑洞快速吸積成長(zhǎng)，但短短數(shù)億年時(shí)間里要從恒星級(jí)黑洞成長(zhǎng)到超大質(zhì)量黑洞，理論上來(lái)說(shuō)根本沒(méi)有可能。因此，超大質(zhì)量黑洞必然還有其它的形成方式。

科學(xué)家推測(cè)，部分中等質(zhì)量黑洞可能是在宇宙早期高密度物質(zhì)環(huán)境下，由氣體云直接坍縮形成，跳過(guò)了恒星這一環(huán)節(jié)。這部分快速形成的中等質(zhì)量黑洞可作為“種子”黑洞，進(jìn)一步加快吸積過(guò)程，并發(fā)生合并，從而能夠在較短時(shí)間內(nèi)形成超大質(zhì)量黑洞。