早期宇宙中,充满了超大质量黑洞,这些黑洞帮助聚集宇宙中的气体和尘埃,从而形成恒星和行星,恒星和行星的互相吸引,最终形成星系。
如今,我们已经知道,黑洞是由超大质量的恒星坍塌而成,但是早期宇宙没有恒星,第一个黑洞是怎么形成的?
先有黑洞还是先有宇宙?
宇宙的形成依赖黑洞,黑洞的形成依赖宇宙,这是一个宇宙级的“鸡与蛋”难题。
天文学家普遍倾向于先有宇宙再有黑洞,而宇宙中的第一个黑洞,可能通过“直接坍塌”,跳过恒星直接形成黑洞。
由于宇宙初期物质较为密集,黑洞的直接坍塌非常常见,从而形成大量超大质量黑洞。
大爆炸发生后,宇宙便比黑洞提前出现。
在宇宙初期,有很多原始气体和尘埃,其中有一些尘埃的体积较大,逐渐聚集成球体,这便是宇宙初期的“婴儿黑洞”。
“婴儿黑洞”在宇宙初期,周围基本都是稠密的气体和尘埃,这个新生的“婴儿黑洞”,可以尽情吞噬周围的物质,从而快速获得质量,成为大型天体。
初期宇宙与目前的宇宙有很大不同,大型天体吞噬初期宇宙的物质,更接近直接吞噬,不需要经过漫长的引力捕获。
就像没有任何限制条件的进食,最终“婴儿黑洞”以非常迅速的方式直接坍塌成黑洞,成为黑洞后,周围物质的吞噬速度加快,短时间成长为超大型黑洞。
虽说超大型黑洞可以在宇宙初期快速形成,但这只是针对宇宙的时间。宇宙第一个黑洞大约在宇宙大爆炸8亿年后形成。
宇宙第一个黑洞形成后,“狂欢”突然结束?
根据直接坍塌的理论,宇宙物质稠密的环境中,可以跳过恒星期直接坍塌成黑洞。但是当8亿年过去,宇宙形成多个超大质量黑洞后,黑洞的形成突然放慢。
在8亿年的时间里,超大质量黑洞的增长速度非常快,理论上来说,这时候宇宙的物质依旧稠密,但是直接坍塌这种方式似乎不起作用了。
这说明,直接坍塌对于黑洞来说,或许存在时效性。
科学家通过直接坍塌理论,对宇宙初期的黑洞进行模拟,发现宇宙早期8亿年时间段的黑洞分布,与直接坍塌理论预测的黑洞分布类似。
早期通过直接坍塌,黑洞可以跳过恒星期直接成型,但是这种行为似乎只有8亿年的有效期。就像宇宙中有一杆无形的秤,平衡着宇宙中的物质,既避免宇宙物质过于集中,也避免宇宙物质过于松散。