如何创造一个巨大的黑洞：让它以一个密度非常大的星团为食

目前天文学中最致命的谜团之一很容易陈述，但要证明却很难回答:超大质量黑洞是如何形成的?

这些是巨大的黑洞，被称为超大质量黑洞，有些质量是太阳的数百万或数十亿倍，看起来宇宙中每个大小适中的星系的核心都有一个黑洞。问题是，我们在可观测宇宙边缘的星系中看到了它们，这意味着我们看到这些星系时，它们的年龄还不到10亿年。这就意味着这些黑洞形成得很快，事实上，根据大多数模型，它们形成得太快了。在宇宙诞生后这么短的时间内要喂饱它们让它们长得这么大是很难的。

关于这个话题已经有很多研究了，其中一个比较可行的观点是，一些黑洞诞生时质量相当大，可能是太阳质量的10万倍，然后它们从那里开始生长。这些被称为种子黑洞。它们可能以不同的方式形成;一个活跃的研究方向是看它们是否可以直接从气体云的坍缩中形成，就像一个星系本身的形成一样。

另一种方式也正在调查中。许多大星系的核心都有大的星团，称为核星团。它们可能是真正巨大的星团，包含数百万颗恒星，总质量是太阳质量的10万到数千万倍，但它们的直径只有几十光年。所以它们不仅质量大，而且密度大。恒星比太阳附近的恒星更紧密地聚集在一起。离我们最近的星系有4光年远。在一个核星团中，会有成千上万颗恒星离得那么近!

星团本身可能是在星系中心形成的，也可能是球状星团(密集的恒星球)落在星系中心时形成的。不管怎样，理论模型——也就是说，观察重力、恒星和黑洞的物理，观察它们如何相互作用——预测核星团可以相当迅速地产生和生长种子黑洞。

图片显示一颗恒星(中间)被一个黑洞撕裂(左上)。

当大质量恒星消亡时，它们会爆炸，吹走外层，同时它们的核心会坍塌形成黑洞。如果星团足够大，这些黑洞就会落在星团的中心，合并，形成更大的黑洞。随着恒星通过接近这个新的黑洞能撕裂和吃——大约一半的恒星的质量被驱逐,一半落入黑洞，或者他们可以落向黑洞,被通过复杂的引力捕获流程和更有效地吃掉。

不管怎样，恒星会变暗，黑洞会变大。

星团的质量在这里至关重要。数学预测，超过一定质量的星系团不可避免地会形成黑洞。很难直接测量质量的集群,但是有一种间接方式:集群更大规模集群内的大明星的传播速度,缓慢移动的外层部分,和1向中心移动非常迅速——天文学家称之为速度色散。这是从观测中得到的一个可测量的量，在这种情况下，临界速度色散大约是每秒40公里。

因此，一组天文学家观察了附近108个大星系的核星团，这些星系通过哈勃太空望远镜观测到它们的速度色散，通过钱德拉x射线天文台观测到黑洞。当气体在黑洞外堆积时，会被加热并释放出x射线，这可以用来观察黑洞是否存在。

四个附近的星系

附近的四个星系(从左上角顺时针方向依次为:NGC 1385、NGC 1566、NGC 6503、NGC 3344)显示，它们的核心存在巨大的核星团，这些星团正在哺育那里的巨大黑洞，并导致它们成长。

观测和分析有点棘手，他们发现星系团在40公里/秒阈值以上的星系中，黑洞的速度是速度分散较低的星系团的两倍，因此质量也较低。

这与理论模型的预测一致，令人振奋。这意味着这可能是一种制造种子黑洞的可行方法!

此外，这种制造大黑洞的方法与距离无关。我们确实看到了巨大的黑洞在宇宙年轻时形成，所以这可能与星系本身的形成有关。但也有可能一些黑洞生长得更慢，甚至在星系本身成熟，所有可用的气体都被用来制造恒星之后。这意味着，随着宇宙年龄的增长，直接从坍缩的气体中形成黑洞要困难得多。

NGC 3344星系

NGC 3344是一个巨大的正面螺旋星系，距离地球约3000万光年。在它的中心是一个巨大的星团，可能帮助创造并哺育了那里的一个巨大黑洞。

然而，在核星团中形成它们的美妙之处在于，这可能在宇宙年轻或更晚的时候也适用。它今天可能还在工作;事实上，这些邻近星系的核星团现在还在增加黑洞的质量。

所以这些都能很好地组合在一起。更多的观察会有所帮助;获得更好的统计数据总是好的，能够测量这些黑洞潮汐捕获恒星的效率将是有益的。

但好消息是，这是一条很有前途的道路;核星团似乎确实是黑洞的温床，这为我们提供了另一种在星系中部制造这些怪物的方式。

我们的银河系的核心有一个超大质量的黑洞，叫做Sgr a *，我们真的不知道它是如何形成的。但我们知道很多星系的特征都取决于黑洞，取决于它们是如何形成和相互影响的，所以弄清楚它们是如何诞生和成长的是弄清楚为什么星系是这样的关键。包括我们自己的。