超大质量黑洞是宇宙中最大的未解之谜,它们的质量一般是太阳的数百万至数十亿倍,对于星系的结构和演化起着关键作用。
詹姆斯·韦伯空间望远镜和钱德拉X射线天文台,最近对超高红移星系UHZ1的观测结果表明:这个位于可观测宇宙边缘的星系内,存在一个4000万倍太阳质量的超级黑洞,这个结构要是放在其他距离较近的星系上并不算什么,但在UHZ1星系距离地球132亿光年的情况下,天文学家认为我们可能看到了宇宙第一个超大质量黑洞。
更准确的说,这个4000万倍太阳质量的超级黑洞,是在宇宙诞生早期就存在的,要知道当时宇宙中的物质并不多,也不可能有足够多的老年恒星去形成黑洞,再合并成超级黑洞,所以这个可观测宇宙边缘的超大质量黑洞,完全就是个未解之谜。
首先它挑战了我们对超大质量黑洞形成和增长的理解,在宇宙历史的如此早期阶段存在如此巨大的黑洞,难以与现有的黑洞形成理论相协调,不过UHZ1可能有助于解决超大质量黑洞起源的问题,而且针对这个问题天文学界已经出现了两个派别,分别是小种子黑洞模型和种种子黑洞模型。
“小种子”模型认为,超大质量黑洞起始于恒星质量黑洞,即大质量恒星的残骸,然后通过吸积物质和与其他黑洞合并,在数十亿年中增长,然而这一模型并无法解释宇宙早期为什么会出现超大质量黑洞这个问题。
另一方面“重种子”模型提出,超大质量黑洞一开始就是直接从早期宇宙中巨大气体云的坍缩形成的巨大黑洞,绕过了恒星阶段,这个模型至少能解释宇宙早期为什么会有超大质量黑洞,因为当时也许没有很多恒星,但一定存在大量星云物质。
甚至目前的宇宙中也有可能有一团高密度星云,因为质量太大直接变成了黑洞,并没有变成恒星或者星系的一部分,不过这种星云的跨度也许要数十万光年,在今天这个加速膨胀的宇宙中不太可能存在。
从目前的观测结果来看,UHZ1及其中心黑洞的特性明显支持重种子模型,而且由于直到今天我们也没发现介于恒星黑洞和超大质量黑洞中间的中等质量黑洞,所以也许重种子模型就是宇宙超大质量黑洞起源的最终解释。
不过也有天文学家提出不同意见,因为在众多黑洞中,还有一种被称为原初黑洞的存在,它们诞生于宇宙大爆炸早期的质量堆积,小到可能只有地球质量,大的可能也属于超大质量黑洞,但目前天文学家并没有在宇宙中发现真正的原初黑洞。
总体来看不论是超大质量黑洞还是恒星黑洞,亦或者是原初黑洞,它们本质上都是同一种特殊的天体,未来人类文明也许能在对撞机内部产生微型黑洞,到时候研究它和研究宇宙中的大黑洞没什么区别,当然前提是确保安全,否则地球有可能被黑洞吞噬。