科技·via

在严密的物理定律下,早期宇宙里那些百亿倍太阳质量的超级黑洞,根本不该存在

在严密的物理定律下,早期宇宙里那些百亿倍太阳质量的超级黑洞,根本不该存在。 按照已知的物理限速把它们喂到这么大,需要的时间比当时宇宙的总年龄还要长。 宇宙大爆炸后刚刚过去四亿年,百亿光年外的虚空里就站着一个个质量庞大到匪夷所思的巨兽。 韦伯太空望远镜升空后,证实了这些怪物的存在,也把天文学家逼到了死角。 它们到底是怎么在宇宙的清晨,用不可思议的速度把自己吹气球一样吹大的? 是现代宇宙学的基础物理模型彻底崩溃了? 还是我们在最底层的生长公式里,漏掉了一台颠覆性的物理机器? 准星机制。 1926 年,天体物理学先驱阿瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)推导出了一个著名的物理天花板:爱丁顿极限。 黑洞并不是一个无底洞,它吃东西有严格的物理限速。 当海量气体被黑洞引力拉扯着坠落时,剧烈的摩擦会释放出恐怖的辐射。 气体吸积得越快,向外喷涌的光压就越强。 一旦吸积速率超过临界点,向外的辐射光压就会直接推开向内坠落的气体。 黑洞会被自己的能量活活噎住,进食过程随即被迫中断。 1964 年天体物理学家萨尔皮特(Edwin Salpeter)基于这个极限算过,一个黑洞质量每翻一倍,至少需要 4500 万年。 如果一颗普通恒星坍缩成几十个太阳质量的黑洞种子,哪怕它一秒不停地顶着极限狂吃,长到几十亿倍太阳质量,也至少需要近十亿年。 但早期的宇宙根本没有给它这么多时间。 2006 年,天体物理学家米切尔·贝格尔曼(Mitchell Begelman)与马丁·里斯(Martin Rees)提出了一个极具穿透力的假设。 如果黑洞在进食的时候,没有裸露在冰冷的真空里,是被包裹在一颗巨大恒星的肚子里? 在早期宇宙纯净的氢氦气体云中,数万倍太阳质量的气体直接坍缩。 核心最先塌陷成一颗黑洞种子,外层海量的致密气体并没有立刻散开,把黑洞死死包裹在中心。 这种天体被称为准星,或者黑洞星。 维持它发光的不是核聚变,是一台藏在恒星腹部、疯狂吞噬物质的黑洞引擎。 当黑洞在恒星体内疯狂吞噬时,内核释放出超爱丁顿速率的毁灭性辐射。 但这些狂暴的光压根本冲不进宇宙真空。 它们被外层厚重庞大的气体包层完全吸收,转化成了驱动整颗恒星对流与膨胀的热能。 恒星外壳变成了一个完美的辐射缓冲器与消音舱。 从外部看,这颗庞大的恒星只是在以整体的爱丁顿极限向外平稳发光。 但在恒星内部,被包层重力死死按住的气体,正以数千倍于极限的速度疯狂灌进核心黑洞。 在短短一百万年内,包裹着它的恒星外壳就会被吞掉大半。 一颗数万倍太阳质量的巨型黑洞种子,在恒星体内悄无声息地直接成型。 这就相当于跳过了数亿年慢吞吞的喂食周期。 韦伯太空望远镜在早期宇宙中拍到的成百上千个神秘致密的小红点(Little Red Dots),光谱特征与贝格尔曼模型的晚期准星惊人吻合。 那些让全世界天文学家困惑的红色斑点,可能正是这些黑洞星在消耗完最后一层外壳时的壮烈遗迹。 最精妙的自然机制,往往不需要去违背底层的物理定律。 它只需要造出一层巧妙的结构,让极端的狂暴在壳内完成,再把平静的表象留给外部世界。 宇宙从一开始就没有急着在虚空里一点点喂大巨兽。 它把最危险的怪物装进燃烧的摇篮,让它在隐秘中吃饱,直到脱壳而出的那一刻,它就已经统治了星系。

相关 / RELATED

JSON

导出 / EXPORT

订阅 · SUBSCRIBE

每周一封信号简报,重大进展可选即时推送。

不追踪邮件打开与邮件链接点击,一键退订。 或用 RSS · 详情