科学家揭开了黑洞增长的面纱

根据今天在美国天文学会第236届虚拟会议上公布并同时发表在“天体物理杂志”上的一项研究结果，天体物理中心|哈佛&史密森学会和黑洞倡议(BHI)的科学家们通过开发一种新的模型来预测黑洞是通过吸积增长还是合并增长，从而阐明了黑洞是如何随着时间的推移而增长的。这项研究的结果今天在美国天文学会第236届虚拟会议上公布，并同时发表在“天体物理杂志”(AstroPhysical Journal)上。阿维·勒布博士，小弗兰克·B·贝尔德。哈佛大学科学教授法比奥·帕库奇博士和CFA天体物理学家、BHI&A；Clay研究员法比奥·帕库奇博士开发了一个理论模型来确定黑洞增长的主要通道。该模型适用于从红移10到10，或者说大致从现在到大约130亿年前。

研究表明，主要的增长通道取决于黑洞的质量和红移。在附近的宇宙中，小黑洞主要通过吸积增长，而非常大的黑洞主要通过合并增长。在遥远的宇宙中，情况发生了逆转：小黑洞主要通过合并增长，大黑洞主要通过吸积增长。

黑洞有两种生长方式。帕库奇说，它们可以从周围的空间聚集质量，也可以相互融合，形成一个更大质量的黑洞。我们目前认为，大约在135亿年前，第一批黑洞开始与第一批恒星一起形成。问题是：这些种子是如何成长为科学家现在在宇宙中发现的非常广泛的黑洞数量的，从小到我们从宇宙的另一边观察到的非常大的怪物都是如此？勒布补充说，我们不仅可以通过探测光线，还可以通过它们的合并在时空中产生的涟漪来限制它们的历史。

根据之前的研究，预计主要靠吸积增长的黑洞在轴线上的自转速度要比那些主要通过合并增长的黑洞快得多。由于旋转率或自旋从根本上影响黑洞周围区域的发光方式，研究黑洞的主要生长方式有助于我们更清楚地了解这些源的亮度。“。帕库奇说：“我们已经知道，物质落在黑洞的视界上，当它加速时，它也会升温，这种气体开始释放出辐射。”黑洞积聚的物质越多，它就会越亮；这就是为什么我们能够观测到像超大质量黑洞这样的遥远物体。它们的质量是太阳的10亿倍，它们能够发出巨大的辐射量，所以我们甚至可以从数十亿英里的距离观察它们。勒布进一步表示，即使它们的环境没有气体，黑洞也可以通过星系合并而增加质量。(译者注：黑洞的质量可以通过星系合并而增大。)(译者注：黑洞的质量比太阳大10亿倍，所以我们甚至可以从数十亿远的距离观察到它们。)勒布进一步表示，即使它们的环境没有气体，黑洞也可以通过星系合并而增大质量。

黑洞及其生长似乎在星系的演化中起着关键作用。帕库奇说：我们相信每个星系的中心都有一个巨大的黑洞，它控制着宿主恒星的形成。了解黑洞是如何与星系形成、成长和共同进化的，这是我们理解和认识宇宙的基础，有了这项研究，我们又多了一块拼图。

下一代天基X射线和引力波天文台，包括Lynx，雅典娜，AXIS和LISA-激光干涉仪空间天线-将能够探测到这项工作中研究的大部分黑洞，直到非常早期的宇宙。未来的观测将测试新的模型，并最终扩大跨宇宙时间的黑洞数量的科学知识。

帕库奇说：我们已经用来自附近黑洞的数据测试了我们的模型，获得了非常令人鼓舞的结果。我们在这项研究中的目标是为科学界提供一种理论，描述黑洞在宇宙演化过程中可能是如何增长的。这将为关于未来太空望远镜观测战略的决策提供信息，并为描述宇宙进化的其他方面的模型奠定基础。

勒布也对未来持乐观态度，我们在宇宙托儿所里发现了令人惊讶的巨大婴儿，但在接下来的几十年里，我们将弄清楚他们的父母是谁。更多信息：通过X射线和引力波观测，分离黑洞宇宙增长中的吸积和合并，arxiv：2004.07246[天文]arxiv.org/abs/2004.07246