超大质量黑洞是宇宙中最令人印象深刻(也最可怕)的物体之一，其质量约为太阳的10亿倍。我们知道它已经存在很长时间了。
事实上，天文学家在宇宙诞生不到10亿年的时候，就已经探测到了位于星系中心的极其明亮的致密源，即类星体(快速增长的超大质量黑洞)。
现在，我们发表在《天体物理学杂志通讯》上的新研究利用哈勃太空望远镜的观测结果表明，早期宇宙中存在的黑洞比之前估计的要多得多(但亮度要低得多)。令人兴奋的是，这可以帮助我们理解它们是如何形成的，以及为什么它们中的许多看起来比预期的要大。
黑洞通过吞噬周围的物质而成长，这一过程被称为吸积。这会产生大量的辐射。来自这种辐射的压力从根本上限制了黑洞的生长速度。
因此，科学家们在解释这些早期的大质量类星体时面临着一个挑战:没有足够的宇宙时间来喂养它们，它们要么生长得比物理上可能的要快，要么出生时就大得惊人。
轻种子和重种子
但是黑洞究竟是如何形成的呢?存在几种可能性。首先，所谓的原始黑洞在大爆炸后不久就存在了。虽然对于低质量黑洞来说是合理的，但根据宇宙学的标准模型，大质量黑洞不可能大量形成。
黑洞绝对可以在一些正常大质量恒星短暂生命的最后阶段形成(现在由引力波天文学证实)。原则上，这样的黑洞如果形成于密度极高的星团中，恒星和黑洞可能会融合在一起，就会迅速成长。正是这些黑洞的“恒星质量种子”需要快速成长。
另一种说法是，它们可能是由“重种子”形成的，其质量大约是已知大质量恒星的1000倍。其中一种机制是“直接坍缩”，在这种机制中，被称为暗物质的未知、不可见物质的早期结构限制了气体云，而背景辐射阻止了它们形成恒星。相反，它们坍缩成黑洞。
问题在于，只有一小部分暗物质晕能够长得足够大，形成这样的种子。所以只有在早期黑洞足够罕见的情况下，这种解释才有效。
黑洞太多了
多年来，我们对宇宙最初十亿年里存在多少星系有了一个很好的了解。但是在这样的环境中寻找黑洞是极具挑战性的(只有发光的类星体可以被证明)。
虽然黑洞是通过吞噬周围物质而增长的，但这并不是以恒定的速度发生的——它们把自己的进食分成“三餐”，这使得它们的亮度随着时间而变化。我们在15年的时间里监测了一些最早的星系的亮度变化，并利用这些数据对那里有多少黑洞进行了新的普查。
事实证明，在普通的早期星系中，黑洞的数量是我们最初想象的几倍。
最近，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JSTW)的其他开创性工作也开始得出类似的结论。总的来说，我们拥有的黑洞比直接坍缩所能形成的还要多。
还有另一种更奇特的形成黑洞的方式，它可以产生巨大而丰富的种子。恒星是由气体云的引力收缩形成的:如果在收缩阶段可以捕获大量暗物质粒子，那么内部结构就可以完全改变——核点火就可以防止。
因此，它们的成长可能比普通恒星的典型寿命长很多倍，这使得它们的质量变得更大。然而，就像普通的恒星和直接坍缩的物体一样，没有任何东西最终能够承受巨大的引力。这意味着这些“暗星”最终也会坍缩形成巨大的黑洞。
我们现在相信，类似的过程应该发生在形成我们在婴儿宇宙中观察到的大量黑洞的过程中。
未来的计划
对早期黑洞形成的研究在过去两年中经历了一次转变，但从某种意义上说，这个领域才刚刚开始。
新的太空观测站，如欧几里得任务或南希格蕾丝罗马太空望远镜，将在早期填补我们对较暗类星体的普查。位于澳大利亚和南非的NewAthena任务和平方公里阵列将解开我们对早期黑洞周围许多过程的理解。
但在短期内，我们必须关注的是JWST。凭借其成像和监测的灵敏度以及能够看到非常微弱的黑洞活动的光谱能力，我们预计未来五年将真正确定黑洞数量，因为第一个星系正在形成。
我们甚至可以通过目睹与第一批原始恒星坍缩相关的爆炸，捕捉到黑洞形成的过程。模型表明这是可能的，但这需要天文学家的协调和专注的努力。
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