黑洞之王：超大质量黑洞

宇宙中隐藏着一种令人着迷的奇观——黑洞。根据20世纪发展起来的恒星演化理论，当一颗质量超过太阳25倍的恒星步入生命的黄昏时，将产生超新星爆发，其最终结果就可能是形成黑洞。这种黑洞的质量可达到太阳的数倍乃至数十倍，也就是我们所知的恒星级黑洞。然而，宇宙的浩瀚远超想象，是否存在质量远超恒星级黑洞的更为庞大的黑洞，成了天文学家持续探索的谜题。

类星体能源之谜

在20世纪60年代的天文探索中，一种名为“类星体”的神秘天体闯入了科学家的视野。尽管外观上与恒星相似，但类星体实际上是一种星系。不过，其光芒之盛远超常规星系。那么，是什么样的能量源泉，让这些宇宙深处的“灯塔”如此璀璨夺目呢？

科学家首先将目光投向了太阳。这颗我们熟悉的恒星，通过核聚变反应持续发光发热。然而，经过深入分析核能的效率，科学家意识到，即便是恒星内部的核聚变反应，也无法支撑起类星体那惊人的能量释放。类星体超强亮度的成因，以太阳的能源模式无法解释。

随后，引力能成为新的研究焦点。计算表明，引力能的释放效率远高于核能，这为类星体的能量来源提供了新的视角。类星体中心区域的极端亮度，暗示那里存在着一个质量巨大、体积极小的天体——只可能是超大质量黑洞。

尽管黑洞发出的光无法被观测到，但黑洞周围存在的弥散物质在被黑洞引力吸引的过程中，会形成一个名为“吸积盘”的结构。物质在接近黑洞的过程中，其引力势能转化为动能，速度急剧增加。在黑洞的“事件视界”（以黑洞为中心的无法被观测到的空间）之外，这些物质在吸积盘中相互摩擦，产生高温，进而发出强烈的光芒。

给超大质量黑洞“称”重

随着天文学研究的深入，科学家不仅在类星体中发现了超大质量黑洞，还在许多普通星系的核心区域找到了它们的踪迹，包括我们的银河系。

太阳系位于银河系中较为边缘的位置。利用红外波段的望远镜，科学家能够直接窥探银河系的中心地带。观测结果显示，在银河系中心的一个极小区域内，恒星围绕着某个中心天体运动。通过追踪恒星的运动轨迹，科学家计算出了这些恒星的运行速度。结合已知的恒星与银河系中心的距离，科学家推断出该中心天体的质量约为太阳质量的四百万倍，这无疑是一个超大质量黑洞。

对于那些远在银河系之外的星系，单个恒星的细节无法通过望远镜清晰分辨。然而，科学家可以转而关注星团的集体运动，以此间接推断超大质量黑洞的存在。基于相同的物理原理，只要获取了星团与星系中心的距离以及它们的运动速度，就可以估算出星系中心天体的质量，进而判断是否存在超大质量黑洞。

恒星级黑洞在长期吞噬邻近物质的过程中逐渐膨胀

“巨人”的诞生

关于超大质量黑洞的起源，科学界提出了多种假说，其中一种是：从小到大逐步积累，即恒星级黑洞在长期吞噬邻近物质的过程中逐渐膨胀。然而，观测数据揭示，在宇宙形成的十几亿年后，就已经出现了质量堪比数十亿倍太阳的超大质量黑洞。单靠缓慢的物质聚集，恒星级黑洞难以在如此短暂的时间内增长至如此庞大的规模，因此，超大质量黑洞的形成过程中必然还存在其他加速质量增长的途径。

“飞天巨眼”中国造

星系的合并是另一个被广泛讨论的假说。得益于引力这个纽带，在宇宙的早期阶段，星系间的碰撞与融合或许相当频繁。既然很多大质量星系的中心都寄宿着一个大质量黑洞，那么在星系合并时，黑洞之间也可能发生合并，从而诞生出超大质量黑洞。

在宇宙的早期阶段，星系间的碰撞与融合或许相当频繁

对超大质量黑洞奥秘的探索仍在继续。2021年12月， 美国成功将詹姆斯·韦布空间望远镜送入太空，它正在红外波段对遥远的星系与类星体进行前所未有的观测。与此同时，我国也在紧锣密鼓地筹备，计划发射中国空间站工程巡天空间望远镜。这台望远镜将利用其卓越的高空间分辨率，对广阔的天区进行精细的成像与光谱观测，为人类理解超大质量黑洞的结构与演化历程提供宝贵的资料。