20年的問題被解開,現在我們知道宇宙早期的類星體是如何誕生的

宇宙中第一批類星體是如何形成的?這個問題困擾了科學家近20年,不在大爆炸發生不到10億年後,由超大質量黑洞驅動的200多個類星體的存在仍然是天體物理學中的一個突出問題,因為科學家們無法理解它們是怎麼形成的。今天,由英美科學家領導的專家團隊發現,第一批類星體是在早期宇宙中罕見氣層的劇烈湍流條件下自然形成的。

英國的一位科學家解釋說:“這一發現特別令人興奮,因為新的理論推翻了20年來科學家們對宇宙中第一個超大質量黑洞起源的看法。現在我們在大多數大質量星系的中心發現了超大質量黑洞,其質量可能是太陽質量的數百萬倍或數十億倍。但早在2003年,我們就開始發現類星體——高亮度、活躍吸積的超大質量黑洞,就像早期宇宙中的宇宙燈塔——它們在大爆炸後不到10億年就存在了。沒有人知道它們是如何形成的,實在太早了,我們都被嚇壞了。”

科學家們超級計算機模擬表明,早期類星體可能在稀有、寒冷、強大的氣流交匯處形成。在直徑10億光年的太空中,只有十幾個黑洞存在,但是大質量黑洞在誕生時必須有10萬個太陽質量。現在的恆星黑洞是在大質量恆星耗盡燃料並坍縮時形成的,但它們通常只有10-100太陽質量。天體物理學家長期以來一直在理論上認為,10000到100000顆太陽質量恆星形成於早期宇宙中,但僅在奇異、微調的環境中形成,如強紫外線背景或氣體和暗物質之間的超音速流動,這些環境與第一批類星體形成時的湍流雲不相似。

科學家們解釋說:“我們認為這些黑洞有點像地球上的恐龍,它們是巨大而原始的,它們的壽命很短,在坍縮成黑洞之前只存在了25萬年。我們的超級計算機模型可以追溯到很早的時代,發現能夠在幾億年內形成十億太陽質量黑洞的冷稠密氣體流創造了自己的超大質量恆星,而不需要任何異常環境。冷氣流在雲層中引發湍流,阻止正常恆星的形成,直到雲層變得如此巨大,以至於在自身重量的作用下發生災難性坍塌,形成兩顆巨大的原始黑洞——一顆質量為30000太陽質量,另一顆質量為40000太陽質量。”

“因此,在宇宙黎明時代之後,宇宙中第一批恆星開始形成時,唯一可以形成類星體的原始星盤幫助黑洞更有效率的形成,這個簡單的解釋解釋了第一批類星體的起源,而且還解釋了黑洞的數量統計學,也就是說第一個超大質量黑洞僅僅是冷暗物質宇宙結構形成的自然結果——進一步解釋的話就是宇宙網的產物。”科學家們解釋說。

20年的問題被解開,現在我們知道宇宙早期的類星體是如何誕生的

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