北京
1878年，小說家兼哲學(xué)家塞繆爾·巴特勒寫下一句話：“母雞只是一顆蛋制造另一顆蛋的方式。”如果把這句話的邏輯搬上天文學(xué)，我們或許可以說，星系只是一個黑洞制造另一個黑洞的方式。換句話講，在我們追問“誰先出現(xiàn)”的漫長爭論中，看起來黑洞占了上風(fēng)。
我們在整個宇宙中觀測到的每一個大質(zhì)量星系，中心都盤踞著一個超大質(zhì)量黑洞。兩者之間存在著無法切割的綁定關(guān)系：星系中的所有物質(zhì)不斷喂食中央黑洞，而這個黑洞反過來又深刻塑造著星系的演化軌跡。但這套共生機(jī)制究竟是怎樣啟動的，一直是宇宙學(xué)懸而未決的老問題。到底是黑洞率先形成，然后憑借引力聚攏周圍物質(zhì)，逐漸組裝出一個星系？還是星系先發(fā)育成型，接著在核心區(qū)域向內(nèi)坍縮，從而鍛造出一顆黑洞？
這個問題的關(guān)鍵難點(diǎn)在于，超大質(zhì)量黑洞本身的存在就近乎不可能。它們實(shí)在太大了，大到根本不該存在。更準(zhǔn)確地說，它們太大了，大到無法在那個時間點(diǎn)開始存在——也就是大爆炸之后不到5億年的窗口里。5億年聽起來似乎很充裕，但如果將宇宙的整個壽命壓縮成一份年歷，大爆炸發(fā)生在1月1日，今天對應(yīng)12月31日，那么第一批超大質(zhì)量黑洞早在1月中旬就已經(jīng)長到了數(shù)億倍太陽質(zhì)量。按照我們目前理解的物理定律，完全找不到一種顯而易見的路徑，可以讓它們在如此短的時間內(nèi)膨脹到如此驚人的尺度。
我們目前所知的、能夠制造超大質(zhì)量黑洞的路徑共有四條。最符合直覺的一條是通過普通恒星級黑洞不斷并合。這類黑洞誕生于大質(zhì)量恒星坍縮，然而光是長成一顆恒星就需要幾億到幾十億年，接著它還得坍縮，然后再去參與并合。時間根本來不及走完這套流程。第二條途徑是所謂的大質(zhì)量種子，可能由宇宙最早期恒星中的某一顆充當(dāng)——比如原初恒星、由暗物質(zhì)構(gòu)成的恒星，甚至是一個星團(tuán)。但這只不過是把問題往后推了一步，因?yàn)槟阋廊恍枰谟钪鏄O早期就形成這顆種子。而我們能用的時間只有那區(qū)區(qū)5億年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
剔除掉前兩條死胡同之后，剩下的可行選項就只剩兩個了：一個是直接坍縮，另一個是原初黑洞。直接坍縮指的是一片巨大的氣體云受到強(qiáng)輻射壓制，無法分裂成恒星，直到整體質(zhì)量大到極限，跳過一切中間步驟直接變成黑洞。原初黑洞則爭議重重，因?yàn)橹两駴]有任何確鑿證據(jù)證明它們存在。但如果它們真的存在，將會格外好用。它們還會格外怪異——盡管我個人對這類天體持高度懷疑態(tài)度，我仍然希望它們就在宇宙的某個角落。如果原初黑洞屬實(shí)，它們并非來源于恒星——那個時期恒星還不存在——而是在大爆炸剛結(jié)束的瞬間，由極端高壓的早期宇宙直接鍛造而成。
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