黑洞形成时宇宙中物质的分布和产生黑洞的气体云密度分布模拟图。（图源：日本国立天文台网站）
科技日报记者 张梦然
超大质量黑洞的起源目前仍存在很多难以解释的谜题。而据日本国立天文台网站近日消息称，科学家借助超级计算机的模拟，首次在重元素气体云中发现了超大质量黑洞的“前身”，在这一理论中，超大质量黑洞的“前身”不仅吞噬了星际气体，而且还吞噬了较小的恒星。相关研究报告日前发表于《英国皇家天文学会月刊》。
黑洞是宇宙中的庞然大物。一般认为，在所有星系的中心都存在超大质量黑洞，而横亘在太阳系中央的超大质量黑洞几乎比太阳大400万倍。不过，超大质量黑洞的起源对天文学界来说依然存在很多纷争。
此前一种流行理论是“直接坍塌模型”——仅含氢、氦两种元素的气体云会迅速收缩从而形成黑洞。不过该理论仅能解释部分在早期宇宙中形成的超大质量黑洞的起源。因为如果还有碳和氧等较重的元素，就会改变气体动力学，导致坍塌的气体分裂成许多较小的云团。所以仅靠原始气体的“直接坍塌论”，依然不能解释为何目前观测发现的超大质量黑洞数量会多于理论预测这一实际问题。
科学家也曾经使用大型计算机进行模拟，试图对相关假说进行验证，但计算机的性能不足导致一直没有答案出炉。此次，天文学家利用日本国立天文台的超级计算机“Aterui Ⅱ”进行了长期3D高分辨率模拟，以测试即使在重元素富集的气体中，也可以形成超大质量恒星的可能性。
与此前理论预测相同，气体云中心附近形成了大质量恒星，周围的气体快速分裂形成了较小的恒星。随后的模拟中，较小的恒星与气体一同向中心移动，与气体云中心的大质量恒星发生了冲撞与合并——中心附近形成的大质量恒星得以高效成长。这些模拟结果导致了一颗质量比太阳大10000倍的大质量恒星形成，这也是研究人员第一次在富含重元素的云层中，形成了这么大的黑洞“前身”。
研究人员认为，这些超大质量恒星将继续演化进而形成超大质量黑洞。而正是计算能力的进步，使得新模拟可以更详细地研究气体云中恒星的形成，让科学家距离超大质量黑洞的起源更近了一步。
总编辑圈点
黑洞是宇宙中最大的谜团之一，人类对其的了解恐怕只是冰山一角。好在天文学家正在不断推进对它们的认知，新发现层出不穷。比如，美国激光干涉仪引力波天文台今年4月宣布，与欧洲“处女座”引力波天文台联合探测到与众不同的引力波信号，它们来自质量迥异的黑洞发生的碰撞。除了直接探测引力波，计算机模拟也是研究黑洞的重要方式——对于目前难以通过直接探测进行验证的黑洞理论，计算机模拟结果可以给天文学家提供重要启发。
