作者:冯维维 来源: 中国科学报 发布时间:2021-3-2
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暗物质形成超大质量黑洞

 

黑洞 图片来源:trahko/stock.adobe.com

一项新理论提出了暗物质产生超大质量黑洞的新机制。一个国际研究小组发现,超大质量黑洞可能直接由星系中心高密度区域的暗物质形成,而不是传统意义上包含“正常”物质的形成场景。这一结果发表于《皇家天文学会月报》,对早期宇宙学研究有重要意义。

超大质量黑洞最初如何形成是当今星系演化研究中最大的问题之一。超大质量黑洞早在宇宙大爆炸8亿年后就已经被观测到,但它们为何增长如此之快,至今仍未有解释。

标准的形成模型包括正常重子物质(构成恒星、行星和所有可见物体的原子和元素)在重力作用下坍缩形成黑洞,然后随时间增长。然而,这项新工作调查了由暗物质构成且被稀释的暗物质晕包围的稳定星系核的存在,发现这些结构的中心可能变得特别集中,一旦达到临界阈值,也可能坍塌成超大质量黑洞。

根据该模型,这种情况的发生速度可能比其他研究者提出的形成机制快得多,并且可能让早期宇宙中的超大质量黑洞早于其母星系形成,这与目前的认知相反。

该研究带头人、阿根廷拉普拉塔国立大学的Carlos Arguelles评论说:“这或能为宇宙早期超大质量黑洞形成提供一种自然的解释,而不需要预先形成恒星,也不需要用不切实际的吸积率激发种子黑洞。”

新模型的另一个有趣结果是,对于更小的暗物质晕而言,例如那些围绕着一些矮星系的晕,它们可能达不到塌缩成黑洞的临界质量。作者认为,这可能会让较小的矮星系中心拥有一个暗物质核,而不是预期中的黑洞。这样的暗物质核仍然可以模拟传统中央黑洞的引力特征,而暗物质外晕也可以解释观测到的星系旋转曲线。

Arguelles补充说:“这个模型显示了暗物质晕如何在其中心聚集高密度物质,这可能在帮助理解超大质量黑洞形成机制方面起着至关重要的作用。”

“在这里,我们首次证明了这种核晕暗物质分布确实可以在宇宙框架中形成,并且在宇宙中保持稳定。”作者希望,进一步的研究能够揭示宇宙早期超大质量黑洞的形成过程,同时搞清包括银河系在内的非活动星系的中心,是否可能成为这些高密度暗物质核心的“宿主”。

(冯维维)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1093/mnras/staa3986

《中国科学报》 (2021-03-02 第2版 国际)
 
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