早期宇宙的巨大黑洞出生在快速增长的暗物质光环中

当宇宙不到10亿年时，它的一些恒星变成了超大质量的黑洞。天文学的一个关键谜团是：为什么早期宇宙中有这么多巨大的黑洞?发表在“ 自然 ”杂志上的一项新的基于模拟的研究表明，当星系形成得非常快时，大量的黑洞会茁壮成长。该研究还发现，这些黑洞在宇宙中比以前认为的更为常见。

暗物质坍缩成晕圈，是所有星系的引力胶。

这些晕圈的早期快速生长阻止了恒星的形成，这些恒星将与黑洞竞争流入该区域的气态物质。

“确定宇宙初期形成大质量黑洞的关键标准与前银河系气体云的快速增长有关，这些气体云是所有现今星系的先驱，这意味着大多数超大质量黑洞都有一个共同的起源。新发现的情景，“研究的主要作者，约翰怀斯博士说，他是佐治亚理工学院物理学院相对论天体物理中心的研究员。

“在研究中，我们发现了一种全新的机制，可以在特定的暗物质晕中形成大质量的黑洞，”他说。

“我们不仅要考虑辐射，还要考虑光晕的增长速度。我们不需要那么多的物理学来理解它 - 只是暗物质是如何分布的以及重力将如何影响它。形成一个巨大的黑洞需要在一个罕见的地区与物质的强烈融合。“

以前接受的范例是，只有暴露在高水平的附近辐射时才能形成大质量的黑洞。

研究报告的共同作者，都柏林城市大学天体物理学和相对论研究中心的研究员John Regan博士说：“以前的理论认为这应该只发生在地点暴露于高水平的恒星形成杀伤辐射时。”

“随着我们深入研究，我们发现这些网站正在经历一个极度快速增长的时期。这是关键。“

研究报告的共同作者，加州大学圣地亚哥超级计算机中心主任Michael Norman博士说：“早期的理论依赖于来自附近星系的强烈紫外线辐射来抑制黑洞形成晕圈中的恒星形成。” ， 圣地亚哥。

“虽然紫外线辐射仍然是一个因素，但我们的研究表明它不是主导因素，至少在我们的模拟中是这样。”

该研究基于Renaissance Simulation套件，该套件是2011年至2014年间在Blue Waters超级计算机上创建的70TB数据集，用于帮助科学家了解宇宙在早期的演变过程。

为了更多地了解可能发生大质量黑洞的特定区域，研究小组检查了模拟数据，发现了十个特定的暗物质晕，它们的质量应该形成恒星，但只包含一个密集的气体云。

然后，科学家们以更高的分辨率重新模拟其中两个光晕 - 每个光晕大约2,400光年 - 以了解大爆炸后2.7亿年内发生的事情的细节。

对两个候选区域进行的模拟分辨率的提高使得研究人员能够看到湍流以及随着黑洞前体开始凝聚和旋转而形成的气体和物质团块的流入。他们的增长率是惊人的。

“天文学家观测到超大质量黑洞已经在8亿年内发展到十亿太阳质量。这样做需要该地区的大规模集中。你可以期待在极早期形成星系的地区，“怀斯博士说。

该研究的另一个方面是产生黑洞的晕圈可能比以前认为的更常见。

“这项工作的一个令人兴奋的部分是发现这些类型的光环虽然很少见，但可能很常见，”密歇根州立大学的研究报告的共同作者Brian O'Shea教授说。

“我们预测，这种情况将足以成为观测到的最大质量黑洞的起源，无论是在宇宙早期还是在今天的星系中。”

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