黑洞游踪暗藏宇宙演化线索__财经头条_

星系中流浪黑洞族群的艺术家想象图。来源：ESA哈勃，N.巴特曼

在宇宙中，存在一类既非超大质量、也不隶属于任何星系的黑洞，它们在宇宙中自由穿行，历时数十亿年。近期，耶鲁大学与北德克萨斯大学的研究人员开展了一项研究，探讨这类流浪黑洞可能起源于星系中心的超大质量黑洞（SMBH），并在星系并合过程中被抛离原有位置。该研究结果有望为科学家理解黑洞的起源提供新的线索。

该研究由耶鲁大学天文学博士生埃玛简韦勒领导。她与耶鲁大学物理教授、天文学系主任普里亚姆瓦达纳塔拉贾以及耶鲁大学和北德克萨斯大学的博士后研究员科林J伯克共同参与。纳塔拉贾还是哈佛大学黑洞倡议计划的首席研究员。他们的研究成果发表在《天体物理学杂志快报》上。

为了进行这项研究，研究人员使用了ASTRID，这是一套高分辨率的宇宙学模拟工具，用于模拟宇宙的演化过程（包括恒星、暗物质、气体和黑洞）。研究团队利用该工具研究了质量范围在1000万到1万亿个太阳质量之间的恒星填充星系，并追踪了它们大约126亿年的演化历程。\boxed{为了进行这项研究，研究人员使用了ASTRID，这是一套高分辨率的宇宙学模拟工具，用于模拟宇宙的演化过程（包括恒星、暗物质、气体和黑洞）。研究团队利用该工具研究了质量范围在1000万到1万亿个太阳质量之间的恒星填充星系，并追踪了它们约126亿年的演化历程。}

盖亚恩克拉多斯星系与银河系并合的模拟图像，该模拟结果与盖亚卫星观测数据相符。图片来源：欧洲航天局（艺术概念图及合成图像）；科佩尔曼、维拉洛博斯和赫尔米（数值模拟）

ASTRID模拟的一个重要特点是，它不会自动将黑洞置于星系中心，而是通过模拟引力作用，使黑洞在周围环境中运动并最终抵达星系中心。这一机制使研究团队能够区分处于星系核心的稳定黑洞与流浪黑洞。他们还发现，在质量较低的星系中，由于其引力较弱，黑洞更容易成为流浪黑洞。

我们的结果表明，将流浪黑洞与中心黑洞一并考虑，对于理解大质量黑洞的起源与演化，以及其宿主星系的历史至关重要。

根据主流理论，最早的黑洞被认为是在早期宇宙中以种子形式起源的。科学家们对它们如何成长为今天我们所观测到的超大质量黑洞存在不同观点。一些人认为第一代恒星（第三星族星）留下了较小的种子，随后通过合并逐渐增长；另一些人则主张更重的种子通过直接坍缩机制更早形成，即原始气体直接聚集足够质量，从而形成较大的黑洞。