由国家自然科学研究所 模拟快照显示了黑洞形成时宇宙中物质的分布(上图)和产生黑洞的气体云的密度分布(下图)
在下图中，靠近图中心的黑点代表大质量恒星，它们被认为会及时演化成黑洞
白点代表小于10个太阳质量的恒星，是由气体云分裂形成的
许多较小的恒星与中心的超大质量恒星合并，使得大质量恒星能够有效地成长
信用:顺天 日本东北大学的天体物理学家进行的计算机模拟揭示了超大质量黑洞起源的新理论
在这个理论中，超大质量黑洞的前身不仅吞噬星际气体，还吞噬更小的恒星
这有助于解释今天观测到的大量超大质量黑洞
现代宇宙中几乎每个星系的中心都有一个超大质量黑洞
它们的质量有时可以达到太阳质量的100亿倍
然而，它们的起源仍然是天文学的一大谜团
一个流行的理论是直接坍缩模型，其中星际气体的原始云在自重作用下坍缩形成超大质量恒星，然后演化成超大质量黑洞
但是以前的研究表明，直接坍缩只适用于仅由氢和氦组成的原始气体
碳和氧等较重的元素改变了气体动力学，导致坍缩的气体分裂成许多较小的云，这些云形成了它们自己的小恒星，而不是一些超大质量的恒星
单单从原始气体直接坍缩不能解释今天看到的大量超大质量黑洞
日本科学促进会和东北大学的博士后孙明春和他的团队利用日本国家天文台的超级计算机“ATERUI II”进行了长期的三维高分辨率模拟，以测试超大质量恒星甚至可能在富含重元素的气体中形成的可能性
由于模拟气体剧烈分裂的计算成本，在包含重元素的气体云中的恒星形成一直难以模拟，但计算能力的进步，特别是2018年委托的“ATERUI II”的高计算速度，使该团队克服了这一挑战
这些新的模拟使得更详细地研究气体云形成恒星成为可能
艺术家对超大质量恒星形成的印象，这些恒星演化成超大质量黑洞
信用:NAOJ 与之前的预测相反，研究小组发现超大质量恒星仍然可以由富含重元素的气体云形成
不出所料，气体云剧烈破裂，形成许多较小的恒星
但是，有一股强大的气体流向云的中心；较小的恒星被这股气流拖动，被中心的大质量恒星吞噬
模拟结果是形成了一颗比太阳大一万倍的大质量恒星
“这是我们第一次展示在富含重元素的云中形成如此大的黑洞前兆
我们相信这样形成的巨星将继续成长并演化成一个巨大的黑洞，”姜说
这个新模型表明，不仅原始气体，而且含有重元素的气体也可以形成巨星，这是黑洞的种子
“我们的新模型能够比以前的研究解释更多黑洞的起源，这一结果导致了对超大质量黑洞起源的统一理解，”东北大学教授大木凯和行说
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