回顾时间观看巨大的黑洞形成

来自DCBH仿真的图像显示了早期星系的密度（左）和温度（右）。从中心扰乱和加热星系，可以看到超新星冲击波。格鲁吉亚科技

黑洞形式的恒星死亡，允许它们中的事情崩溃成一个极致密的物体，甚至光不能逃脱。天文学家理论大中的黑洞也可以在银河系的诞生中形成，但到目前为止，没有人能够越远回到时间以观察创造这些直接折叠黑洞（DCBH）的条件。

詹姆斯韦布斯太空望远镜计划于2021年推出，可能会足够远回到早期宇宙中，看看一个举办一个新生的巨大黑洞的星系。现在，由佐治亚州理工学院的研究人员完成了模拟，提出了如果他们在早期阶段搜索DCBH的天文，那么天文学家应该寻找什么。

首次仿真，9月10日在自然天文学期刊上报告，表明这些黑洞的直接形成将伴随着特定的强烈辐射，包括将转向红外线的X射线和紫外线他们到达望远镜的时间。黑洞也可能产生巨大的无金属星，一个意外的发现。

该研究得到了美国宇航局，洛杉矶阿拉莫国家实验室，国家科学基金会，南部区域教育委员会和两个哈勃理论补助金的支持。

“在许多大星系的中心，有超大的黑洞，但我们并没有能够观察它们的形式或者它们如何变大，”这篇论文的第一作者和最近的博士学位。乔治亚理工学院物理学毕业。“科学家们已经理解这些超大的黑洞可以在银河系的出生时形成，我们希望将这些理论预测转变为詹姆斯韦伯太空望远镜可以看到的观察预测。”

John H. Wise是一位在Georgia Tech的物理学学院教授和相对主义的天体物理学中心的教授表示，将通过大型气体的崩溃来启动DCBH形成。但在天文学家可以希望捕获这种形成之前，他们必须知道在望远镜可以检测到的光谱中要寻找的东西，这主要是红外线。

黑洞的形成可能需要一百万年左右，但要设想这可能看起来像，前博士后研究员Aycin Aykutalp - 现在在Los Alamos国家实验室 - 在大学中使用了国家科学基金会支持的踩踏超级计算机德克萨斯州奥斯汀运行专注于DCBH形成后的模拟。模拟使用了物理的第一原理，如重力，辐射和流体动力学。

图像是一个模拟的UV假彩色图像，显示加热气体螺旋入中心的黑洞。格鲁吉亚科技

“如果星系形式首先形成，则在中心的黑洞形成，那将有一种类型的签名，”明智。“如果第一孔首先形成，那会有不同的签名？我们想了解是否会有任何身体差异，如果是这样，这是否会转化为不同的差异，我们可以观察到詹姆斯韦布斯太空望远镜。“

仿真提供了诸如密度和温度的信息，并且Barrow转换为通过望远镜的可能观察到的预测数据 - 可能被观察到的光线以及将如何受到气体和灰尘的影响，它将遇到它的漫长旅程地球。“最后，我们有一些观察者可以看到的东西，”Barrow说。

黑洞需要大约一百万年来形成一段银河时间。在DCBH仿真中，第一步涉及气体坍塌成超出恒星，比我们的太阳更大的大约10万倍。该恒星然后经历重力不稳定性，并坍塌成自身以形成巨大的黑洞。从黑洞的辐射然后触发了大约500,000年的星星的形成，模拟建议。

“第一代的星星通常更为巨大，所以他们生活在短时间内，”明智说。“在他们形成后的前五到六百万年，他们死去了超级。这是我们在本研究中报告的另一个签名。“

在超新星形式之后，黑洞安静下来，但在电磁排放和试图逃避的紫外线和X射线之间产生斗争 - 以及黑洞的自身重力。“这些周期进入了另一个20或3000万年，”明智说。

黑洞在宇宙中相对普遍，因此希望有足够的快照，天文学家可以抓住一个出生的人，这可能导致对星系如何随着时间而发展的新理解。

DCBH周围的明星形成是出乎意料的，但在后古，它有道理，Barrow说。由黑洞产生的电离将产生能够引发恒星形成的光化学反应。无金属恒星往往比其他恒星大得多，因为诸如铁的金属不存在防止碎片化。但是，由于它们是如此之大，他说，这些恒星产生了巨大的辐射，并在Supernovae结束了他们的生活。

“这是早期宇宙的最后一个伟大的奥秘之一，”Barrow说。“我们希望这项研究能够朝着制造在银河系的出生时如何形成的超现实主义的黑洞。”

出版物：Kirk S. Barrow等人，“早期宇宙中大规模黑洞形成的观察签名”，自然天文学（2018）