根据美国《科学日报》网站6月16日发表的一篇题为《超大质量黑洞是如何起源的？》的文章，超大型黑洞来自早期宇宙。全文摘录如下：
超大质量黑洞是质量是太阳数百万到数十亿倍的黑洞。银河系中有一个质量是太阳百万倍的超大质量黑洞。
令人惊讶的是，天体物理观测表明，在宇宙极其年轻的时候就存在超大质量黑洞。例如，当宇宙只有当前年龄(137亿年)的6%时，就有10亿个质量相当于太阳的黑洞。这些早期宇宙中的超大质量黑洞是如何形成的？
种子黑洞快速成长
加州大学河滨分校的理论物理学家领导的研究团队提出了一个解释：一个巨大的种子黑洞可能是由暗物质坍缩产生的。
暗物质晕是指星系或星系团周围不可见物质形成的晕。尽管暗物质从未在实验室中被探测到，但物理学家仍然相信这种神秘物质确实存在，并构成了宇宙85%的内容。如果一个星系的可见物质没有牢固地嵌入暗物质晕，它就会消失。
这项研究发表于美国《天体物理学杂志通讯》，由加州大学河滨分校物理学和天文学副教授于海波领导。他说：“早期宇宙中的超大质量黑洞位于暗物质晕的中心，物理学家很困惑为什么它们会在短时间内成长到如此巨大的质量。就像一个5岁的孩子，体重200磅。这样的孩子会让我们所有人大吃一惊，因为我们知道新生儿的平均体重，知道婴儿能长多快。就黑洞而言，物理学家也普遍期待种子黑洞的质量和增长率。然而，超大质量黑洞的存在表明，这种普遍的期望已经被打破，需要新的知识。这令人兴奋。”
种子黑洞是初始阶段的黑洞，类似于人类生命中的婴儿阶段。
于海波补充道：“我们可以想到两个原因。种子黑洞，或“婴儿”黑洞，要么比我们想象的大得多，要么比我们想象的长得快得多，或者两者都有。随之而来的问题是，是什么样的物理机制导致种子黑洞产生足够的质量或达到足够快的增长速度？”
该论文的合著者、芝加哥大学卡弗利宇宙物理研究所博士后研究员钟义明说：“黑洞通过周围物质的吸积产生巨大质量需要时间。我们的论文证明，如果暗物质有自身的相互作用，暗物质晕的坍缩可能会导致一个质量足够大的种子黑洞，而这个黑洞的增长率会更符合一般的预期。”
暗物质晕进化坍缩
在天体物理学中，用来解释超大质量黑洞的一种流行机制是早期宇宙原星系中原始气体的坍缩。
于海波说：“然而，这种机制不能产生足够质量的种子黑洞来解释新观察到的超大质量黑洞，除非种子黑洞经历了极快的增长。”
他说：“我们的研究将提供另一种解释：自身相互作用的暗物质晕经历了引力热力学不稳定，其中心区域坍缩为种子黑洞。”
于海波及其同事提出的运行机制如下：暗物质粒子首先在引力的影响下聚集在一起，形成暗物质晕。在暗物质晕的演化过程中，重力和压力这两种相互竞争的力量共同作用。重力将暗物质粒子向内拉，而压力将它们向外推。
如果暗物质粒子没有任何自作用，那么随着引力将它们拉向暗物质晕的中心，它们会变得更热，也就是说，它们会移动得更快，压力实际上会增加，暗物质粒子会反弹回来。
然而，在暗物质自身相互作用的情况下，它自身的相互作用可以使这些“更热”的粒子
热量传递给附近较冷的粒子，这将使得暗物质粒子难以反弹。于海波解释说，暗物质晕中心会坍缩成黑洞，它具有角动量，这意味着它是自旋的。自身交互会导致黏滞，即“摩擦”，消解角动量。在坍缩过程中，由于黏滞的原因，质量固定的晕中心半径缩小、自旋速度减慢。随着进化的继续，晕中心最终坍缩成一种奇态：种子黑洞。这颗“种子”可以通过吸积四周的重子物质——即诸如气体和恒星等可见物质——从而生长得更为巨大。
于海波说：“我们这一设想的优势在于，种子黑洞是由暗物质晕坍缩而产生，质量可以很大。因此，它可以在相对较短的时间量程内成为超大质量黑洞。”
重子物质受到关注
这项研究的新颖之处在于，研究人员指出了重子（即普通的原子和分子粒子）对于本设想成立的重要意义。
该论文共同作者冯维祥说：“首先，我们证明了气体和恒星等重子的存在能够显著加快暗物质晕发生引力热力学坍缩、种子黑洞能在足够早的时候形成。其次，我们证明了自身交互会导致黏滞，消解晕中心残留的角动量。第三，我们开发了一种方法研究什么条件会引发暗物质晕因广义相对不稳定性而坍缩，如果条件得到满足，这种不稳定性将确保种子黑洞的形成。”
在过去十年里，于海波仔细研究了关于暗物质自身交互的新奇预测以及相关观测结果。他的研究表明，自身交互的暗物质可以合理解释星系中观测到的恒星和气体活动。
他说：“众多星系的中心区域都是由恒星和气体主宰。因此人们自然会问，这些重子物质的存在会如何影响坍缩过程。我们证明它会加速坍缩的发生。这一特征恰恰就是我们需要用以解释早期宇宙中超大质量黑洞起源的东西。自身交互还导致黏滞，黏滞消解了晕中心的角动量，进一步助推了坍缩进程。”
来源：参考消息网