超大质量是宇宙中最重的物体之一。 它们的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，它们的演化很难解释。
这些物体的更高质量范围，尤其是在宇宙历史的早期，更具挑战性。 这些超大质量黑洞的质量超过 100 亿个太阳，而且它们不仅仅是理论上的。 大约 123 亿年前发现的一个名为 J2157 的星系拥有一个的，而大约 121 亿年前，一个名为 S5 0014+81 的星系有一个。
如果这些黑洞只是坐在那里靠吃周围的物质而生长，那么当宇宙的年龄还不到当前年龄的 10% 时，它们不可能有足够的时间变得那么大。
然而，显然它们的存在并非不可能。 毕竟他们就在那里。 一种新的模拟，使用强大的超级计算机来模拟早期宇宙，为我们提供了一种方法，使这些野兽能够存在，而不会破坏我们当前的宇宙学模型。
“我们发现超大质量黑洞的一种可能形成渠道是大质量星系的极端合并，这种合并最有可能发生在‘宇宙正午’时期，”天体物理学家倪月英解释道哈佛-史密森天体物理学中心 (CfA) 的教授。
通过吸积而缓慢增长只是黑洞获得质量的一种方式。 另一种方法是我们近年来实际观察到的。 这是获得大量质量的一种捷径，导致黑洞的质量略低于合并前物体的总质量，因为一小部分质量在合并过程中以引力能的形式逃逸。
为了确定超大质量黑洞如何在早期宇宙中形成，倪和她的同事使用了专门开发的软件，称为阿斯特丽德，旨在研究宇宙的演化，包括星系的形成和超大质量黑洞的合并。 他们在德克萨斯州高级计算中心的一台名为 Frontera 的超级计算机上运行 Astrid。
需要超级计算机，因为您需要大量的空间来观察极端异常值，例如超大质量黑洞，而这反过来又需要大量的计算能力。 但它得到了回报：大约 100 亿年前，研究人员看到了大约 100 亿太阳质量的黑洞形成。
“我们发现了三个超大质量黑洞，它们在宇宙正午110 亿年前，恒星形成、活跃星系核 (AGN) 和超大质量黑洞总体上达到了活动高峰，”Ni 说道。
“在这个时代，我们发现了三个巨大星系的极端且相对快速的合并。每个星系的质量都是我们银河系质量的 10 倍，并且每个星系的中心都有一个超大质量黑洞。我们的发现表明这些类星体三重态系统有可能是那些罕见的超大质量黑洞的前身，在这些三重态发生引力相互作用并相互融合之后。”
我们知道星系有时会相互碰撞和合并吗？ 银河系本身就是一种？ 并且这些合并。 阿斯特丽德的模拟表明，这种情况也可能发生在早期宇宙的高质量类星体中。
这些星系的中心有一个异常活跃的超大质量黑洞，它们积极吞噬大量物质，发出跨越数十亿光年的光芒，成为宇宙中最亮的天体。
当这些星系合并时，，向新合并的大质量星系的中心下沉，进行轨道舞蹈，最终将看到一个巨大的黑洞合并。 我们不知道这些碰撞发生的速度？ 的频率对于我们当前的检测范围来说，它们的发射量太低？ 但。
不过，技术的新进步可能意味着我们更接近找到这些合并的观察证据。 NASA即将推出的太空基地激光干涉仪空间天线 (LISA)将能够探测到更广泛的引力波； 强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜现在仍在凝视遥远的宇宙，揭开它的秘密。
该团队的发现和阿斯特丽德的模拟将能够帮助科学家更好地解释 JWST 的观测结果，并发现宇宙正午如何塑造我们今天周围看到的宇宙。
“对于天体物理学家来说，这是一个激动人心的时刻，”倪说。
该研究发表于天体物理学杂志通讯。
