追踪最早星系碰撞的超大黑洞

根据超级计算机模拟，这组图像描绘了早期宇宙中两个星系之间的碰撞，可能会产生超大质量黑洞。

新的超级计算机模型表明，星系中心的巨型黑洞可能起源于宇宙早期的星系碰撞。

几乎每个星系的中心都有“质量是太阳数百万到数十亿倍”的超大质量黑洞。天文学家在宇宙的前10亿年内发现了超大质量黑洞的存在，这意味着它们形成的时间比目前的想法要短得多。

现在，超级计算机上的计算表明，早期宇宙中大质量原星系之间的合并为超大质量黑洞提供了滋生地，每个黑洞只形成了1亿年左右。科学家估计宇宙已有137亿年的历史。

巨型原始星系之间的合并被认为在早期宇宙中很常见。在超级计算机上运行的模拟表明，合并可能形成了一个不稳定的旋转气体盘，在短短10万年内将质量超过1亿倍太阳的气体输送到一个小云中。这个云坍塌产生了一个黑洞，然后通过从周围的圆盘中吸取气体，黑洞可以在大约1亿年内增长到10亿太阳质量。

此前，天文学家曾表示，超大质量黑洞、星系和其他巨大的宇宙结构是随着引力将小块物质聚集成越来越大的团块而逐渐形成的。

俄亥俄州立大学天文学家、研究合著者Stelios Kazantzidis说：“我们的研究结果表明，在宇宙历史上，星系和被动黑洞等大结构都会迅速形成。”

Kazantzidis说，这一新发现对我们理解黑洞和星系的演化具有深远意义。

Kazantzidis解释道：“例如，星系的性质和中心黑洞的质量是相关的，因为两者在平行星系中生长，这一标准观点必须加以修正。”“在我们的模型中，黑洞的生长速度比星系快得多。因此，黑洞可能根本不受星系生长的调节。可能是星系受黑洞生长的调节”

该研究的主要作者、瑞士苏黎世大学天体物理学家Lucio Mayer说，该模型的一个重要结果是，早期宇宙中的星系应该有比预期更大的中心超大质量黑洞。相比之下，现在的星系通常都有适合其大小的中心黑洞。

在未来五到十年内，詹姆斯·韦伯太空望远镜和阿塔卡马大型毫米阵列（ALMA）等许多仪器将上线，预计能够测量这些早期星系及其中心黑洞的质量，以证明或推翻这一模型。”Mayer告诉太空网：“许多其他仪器的新数据可能会更早地给出答案。”

这些新发现也有助于天文学家更好地发现神秘的引力波。

根据爱因斯坦的广义相对论，古老的引力合并会在时空结构中产生巨大的引力波波纹，其残余物今天仍然可以检测到。

新的引力波探测器，如美国国家航空航天局的激光干涉仪太空天线，被设计成直接探测这些波，为了解我们宇宙的运作打开了一扇窗户。然而，为了解释这些探测器的结果，科学家们需要知道超大质量黑洞是如何形成的。研究人员指出，新的计算机模拟应该会提供线索。

科学家们在8月26日的《自然》杂志上详细介绍了他们的发现。