理应存在但找不到的天体，中等质量黑洞如何形成？

darthracer · 2024-2-17 09:01

黑洞是平均密度很高的天体，但不同黑洞质量差距却很大，而介于最小与最大黑洞之间的“中等质量黑洞”缺乏确凿观测证据。天文学家一直在思考中等质量黑洞如何形成，最近一项新模拟结果显示，这类神秘黑洞可通过3个条件在星团中诞生。

当前宇宙普遍观察到的黑洞可根据质量大小分为3个宏观类别：恒星黑洞（stellar-mass black hole，约数十个太阳质量）、中等质量黑洞（Intermediate-mass black hole，约数百～数万个太阳质量），以及超大质量黑洞（super massive black hole，约数百万～数十亿个太阳质量）。

恒星黑洞是大质量（至少太阳20倍）恒星耗尽内部燃料后经自身重力塌陷形成，超大质量黑洞则是靠缓慢吸积过程增长。

但介于上述两者之间的中等质量黑洞（IMBH）却行踪成谜，当前观测极限几乎找不到质量落在1,000～10,000个太阳质量之间的黑洞，科学家无法统计中等质量黑洞数量，也因此让我们失去连接较小恒星黑洞与超大质量黑洞的桥梁。

大萨索科学研究所（Gran Sasso Science Institute）天文学家Manuel Arca Sedda团队试图了解这些黑洞如何形成。

利用新的计算机模型模拟，研究人员发现中等质量黑洞可通过3个因素组合在星团内形成：比太阳大许多的恒星整合，然后新恒星吸积物质变成恒星黑洞，最后恒星黑洞之间再整合，我们可以通过检测重力波“看到”恒星黑洞整合过程。

而中等质量黑洞诞生后，会因复杂引力相互作用或相对论性反冲过程被甩出母星团，从而阻止它们进一步生长。此外，中等质量黑洞始成形之际不太可能大于几百个太阳质量，除非母星团非常致密或巨大。

究竟中等质量黑洞是否代表恒星黑洞与超大质量黑洞之间的缺失环节？我们需要找到能形成中等质量黑洞的环境，并考虑宿主环境保留此类黑洞的可能性，新模拟结果对第一个条件施加严格限制，让我们更清楚哪些过程可能有助中等质量黑洞形成。

理应存在但找不到的天体，中等质量黑洞如何形成？

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