星系坍塌為什麼會形成黑洞？

他是最受媒體歡迎的科學家，也是會寫詩的天文學家，儘管工作任務極為繁重，仍堅持以極大的熱情投身科學傳播，他就是張雙南。

我們特別收集整理了「悟空問答」上張雙南對部分提問的回答, 與您共享科學。本文為張雙南問答系列第五則。

張雙南

— 研究員 —

張雙南，科學院高能物理研究所研究員，科學院粒子天體物理重點實驗室主任。研究領域為黑洞、中子星、宇宙學和空間天文。天宮二號「天極」伽瑪射線暴偏振測量項目、「硬X射線調製望遠鏡」衛星項目以及若干大型國際合作空間天文項目首席科學家。

入選國家傑青、長江教授、「千人計劃」。獲「趙九章優秀中青年科學獎」、義大利Ferrara大學「哥白尼科學家獎」。

網友提問

星系坍塌為什麼會形成黑洞？

星系不會坍塌形成黑洞，一方面從來沒有觀測到過星系坍塌，另外星系裡面的恆星和氣體運動的動力學使得星系本身也不會發生引力坍塌。

但是，我猜測您提這個問題的動機是因為您知道幾乎所有的星系中心都有一個超大質量黑洞，比如我們銀河系的中心就有一個質量大約4百萬倍的太陽質量的黑洞。實際上，宇宙中星系中心質量最大的黑洞可以到100億倍的太陽質量。儘管如此，星系中心的黑洞的質量也只不過是整個星系的質量的大約千分之一而已，對於整個星系的動力學影響不大，所以也不可能是星系坍塌形成的。

那麼星系中心的超大質量黑洞是哪裡來的呢？對於這個問題，我們目前只知道其答案的一半，也就是我們知道這些黑洞是怎麼長大的，但是卻不知道最初的那些黑洞是哪裡來的，後者被稱為種子黑洞問題。

假設由於某種原因，星系中心有了一個質量不大的黑洞，那麼這個黑洞就會吞噬其所在星系的氣體和恆星開始野蠻增長，在這個野蠻增長過程中，將會產生大量的輻射甚至拋出大量的物質，這個過程會影響整個星系的演化。處於這個狀態的星系就是我們觀測到的類星體或者活動星系核。

最後，關於種子黑洞的問題，目前還沒有得到滿意的解決，是當前天體物理研究的一個非常前沿的方向。

大體上有幾種形成種子黑洞可能性：

1）宇宙早期的大質量恆星演化到最後的引力坍塌；

2）一堆恆星組成的星團的引力坍塌；

3）宇宙早期的暗物質密度不均勻在高密度區的引力坍塌。

我和合作者們就提出過暗物質塌縮形成黑洞的模型。但是到底哪個模型是正確的，目前還不知道，需要未來的天體物理觀測和理論研究進行驗證。

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