超大質量黑洞可能由暗物質形成

黑洞圖解。 圖片來源：trahko / stock.adobe.com

一項新的理論研究提出了一種由暗物質產生超大質量黑洞的新機制。這個國際研究小組發現，超大質量黑洞可能直接由星系中心高密度區域的暗物質形成，而不是傳統的包含“正常”物質的形成場景。這一結果對早期宇宙的宇宙學有重要意義，并發表在《皇家天文學會月報》上。

超大質量黑洞最初是如何形成的，是當今星系演化研究中最大的問題之一。超大質量黑洞早在大爆炸8億年后就已經被觀測到，它們是如何增長如此之快的至今仍未解釋。

標準的形成模型包括正常的重子物質——構成恒星、行星和所有可見物體的原子和元素——在重力作用下坍縮形成黑洞，然后隨著時間增長。然而，這項新工作調查了由暗物質構成、被稀釋的暗物質暈包圍的穩定星系核的潛在存在，發現這些結構的中心可能變得如此集中，一旦達到臨界閾值，它們也可能坍塌成超大質量黑洞。

根據該模型，這種情況發生的速度可能比其他提出的形成機制要快得多，并且可能會讓早期宇宙中的超大質量黑洞在它們居住的星系之前形成，這與目前的認識相反。

該研究帶頭人、拉普拉塔國立大學的Carlos Arguelles評論說：“這個新形成的場景或能對宇宙早期超大質量黑洞形成提供一種自然的解釋，而不需要預先形成恒星，也不需要用不切實際的吸積率來激發種子黑洞。”

新模型的另一個有趣的結果是，對于更小的暗物質暈，例如那些圍繞著一些矮星系的暈，可能達不到塌縮成黑洞的臨界質量。作者認為，這可能會讓較小的矮星系擁有一個中心的暗物質核，而不是預期中的黑洞。這樣的暗物質核仍然可以模擬傳統中央黑洞的引力特征，而暗物質的外暈也可以解釋觀測到的星系旋轉曲線。

Arguelles補充說:“這個模型顯示了暗物質暈如何在其中心聚集高密度物質，這可能在幫助理解超大質量黑洞的形成方面起著至關重要的作用。”

“在這里，我們首次證明了這種核暈暗物質分布確實可以在宇宙框架中形成，并且在宇宙的一生中保持穩定。”

作者希望，進一步的研究能夠揭示宇宙早期超大質量黑洞的形成過程，同時調查包括銀河系在內的非活動星系的中心，是否可能成為這些高密度暗物質核心的宿主。