超大质量恒星造就超大质量黑洞，1万倍太阳质量的恒星真的存在吗

2020年，一年一度的诺贝尔物理学奖正式公布，除了一半被罗杰·彭罗斯夺走之外，还有一半被莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹平分，这两个人在发现银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*的过程中做出了巨大的贡献。

现在我们知道，不仅仅是银河系，宇宙中的大部分星系中心都有一个巨大的黑洞。这种超大质量黑洞至少是太阳质量的100万倍，目前发现最大的甚至是太阳质量的660亿倍！

这样的质量的确恐怖，但对于科学家们来说，更加令人疑惑的，是这些黑洞的诞生。

诞生之谜

我们知道，普通的黑洞一般都是来自于大质量恒星的坍缩。当一颗恒星进入到演化末期的时候，如果它的内核质量超过了太阳的3倍，那么就会在超新星爆发的过程中形成黑洞，因此这种黑洞又叫恒星级黑洞。

根据其形成原理我们可以确定，恒星级黑洞的质量下限是太阳的3倍，其诞生之初的上限就是恒星核的理论上限，但这样的黑洞也可以通过未来的吞噬或者与其他黑洞的碰撞成长到更大。

即便如此，它们也不会长得太大，毕竟周围的物质是有限的，遇上其他黑洞的概率更低。目前的定义指出，小于太阳质量100倍的黑洞就叫做恒星级黑洞。当然也有超过100倍太阳质量的黑洞，我们称之为中等质量黑洞。迄今为止发现的最大的中等质量黑洞，也不足太阳质量的150倍。

然而，超大质量黑洞的形成就显得非常诡异了，正如我们所说的那样，它们至少都有太阳质量的100万倍。想通过吞噬天体或者是与其他黑洞并合，看起来有点太困难了。

这还不是最奇怪的，真正令科学家们诧异的是，即使是在宇宙的早期，就已经出现了极其巨大的超大质量黑洞。比如迄今为止已知最大的黑洞TON 618，质量达到了太阳的660亿倍。它位于距离我们104亿光年的位置上。也就是说，早在104亿年前，或者说是宇宙刚刚形成了34亿年的时候，它就已经具备如此巨大的质量了！

我们很难相信它是从恒星级黑洞成长起来的，因为按照这个情况来算，它至少每年要吞噬差不多相当于20个太阳的物质。考虑到宇宙黑暗时代没有天体出现，这个吞噬速度甚至最少可以达到每年25个太阳质量的物质。还有今年年初我国天文学家发现的迄今为止最远类星体J0313-1806，在宇宙只有6.7亿年寿命时就已经具有16亿倍太阳质量了。理论计算表明，即便以模型中允许的最快速度增长，它也需要在诞生时就具备10000倍太阳质量。

而人类已知最重的恒星，也不过只有太阳质量的260倍左右。那么，这些超大质量黑洞到底是从哪里来的呢？

关于超大质量黑洞的形成，科学家们提出过许多观点来进行解释。有趣的是，就在最近，有两个相关的研究同时公布，提出了两种不同的猜测。今天，咱们一起来介绍一下。

超大质量恒星

3月10日的时候，我国台湾天文学家陈科荣等人发表论文指出：他们认为宇宙中确实可能出现过超大质量恒星。这种恒星远比今天我们看到的还要更加巨大，其质量不仅可以达到太阳的10000倍，甚至可能达到100000倍，他们给这种诡异的天体起了个绰号——脑星。

（图片说明：脑星的超新星模型）

他随后指出，根据他们的模型，当这种超大质量恒星的质量达到太阳的55000倍时，就会出现非常特殊的现象。

如果不足这个质量，那么超大质量恒星在进入演化末期时会由于内部的引力十分强大，最终产生极其剧烈的核反应，释放出惊人的能量，上演一场超新星爆发。

而如果恒星质量超过这个临界值，那么它的引力将会突破极限，以至于它们在进入到演化末期后会直接坍缩成一个黑洞，而不会出现超新星爆发。这是非常奇特的现象，它可以解释那些超大质量黑洞为何会有那么高的启动质量。

（图片说明：研究人员模拟的超大质量恒星爆发前的艺术图）

不过，这些恒星如今已经不复存在了，它们只存在于宇宙早期。陈科荣认为，这应该与早期宇宙几乎只有氢和氦的状态有关。但他认为，如果我们的观测设备足够强大，那么在最遥远、也就是最古老的星系中，还是有机会观测到这些超大质量恒星的。

暗物质

另一项关于超大质量黑洞起源的解释，来自于西班牙拉普拉塔国立大学的天文学家Carlos R. Argüelles和ICRANet。他们认为，这种宇宙怪兽的来源未必是我们已知的物质，也可能是目前仍然是个谜的暗物质。

今天，暗物质占据了整个宇宙质量的85%左右，远比可见物质要多得多。暗物质几乎不与可见物质发生相互作用，唯一的联系就是质量与引力。

Argüelles等人也正是考虑到了这一点，认为暗物质也可能会导致黑洞的产生。在宇宙早期，如果暗物质的密度足够大，那就有可能产生黑洞。如果是这样的，那么超大质量黑洞的形成就不需要超大质量恒星以及它们的演化时间，而是可以在暗物质的坍缩下直接形成。暗物质不是恒星，因此不会受到恒星质量上限的约束，也可能给超大质量黑洞一个更高的启动点。

关于暗物质，我们的了解非常有限。因此，它们完全有可能解决早期的超大质量黑洞拥有惊人成长速度的问题。

研究人员指出：如果他们的理论是正确的，那么那些非常小的星系内部应该是不会有超大质量黑洞存在的。这或许是一种验证方法，帮助科学家们确定超大质量黑洞是否起源于暗物质。

总结

宇宙中的超大质量黑洞，不仅仅代表它们自己，还深深地影响着它所在的星系。甚至一个星系能够成长到多大，都受到这个黑洞的影响。因此对于科学家们来说，超大质量黑洞的诞生之谜是一定要攻克的问题，这也是我们了解宇宙演化历史的关键。