在过去的几年里，随着我们能够越来越深入地回顾早期宇宙，天文学家发现了一些极其令人费解的东西。
在宇宙诞生十亿年前，巨大的取决于超过十亿次太阳的质量已经以某种方式形成了。 鉴于我们所知道的解释这些庞然大物的形成和生长、存在和规模极具挑战性。 他们是如何到达那里的？？ 他们是如何受到如此大的伤害的？
现在，超级计算机模拟揭示了一个起源，可以解释它们是如何在不需要奇异条件的情况下形成的：稀有的湍流冷气体库，坍缩成比当今宇宙中任何东西都大的恒星。 这些可能是成长为超大质量黑洞的巨大种子。
“我们今天在大多数大质量星系的中心发现了超大质量黑洞，其质量可能是太阳质量的数百万或数十亿倍。但早在 2003 年，我们就开始发现类星体——高亮度、积极吸积的超大质量黑洞，就像早期宇宙中的宇宙灯塔？在大爆炸后不到十亿年就存在了，”宇宙学家丹尼尔·惠伦说英国朴茨茅斯大学的教授。
“没有人了解它们是如何在如此早期形成的。这一发现特别令人兴奋，因为它颠覆了 20 年来关于宇宙中第一个超大质量黑洞起源的想法。”
关于超大质量黑洞是如何形成的，有两种主要的思想流派。 第一种是自下而上的模型。 一颗大质量恒星死亡后，通常会留下质量约为太阳 100 倍的黑洞。
随着时间的推移 ？ 很多很多的时间？ 黑洞吞噬了一堆物质，变得越来越大，直到达到太阳质量的数百万到数十亿倍。 这与早期宇宙中的类星体非常难以协调。
另一种选择是从一颗真正大的黑洞“种子”开始，其质量可达太阳质量的 100,000 倍。 坍缩形成黑洞的恒星在坍缩成黑洞之前，其宇宙寿命可能非常非常短，可能只有 25 万年。
有今天周围没有已知的恒星质量，并且我们知道目前没有任何形成机制可以产生它们。 但模拟表明，在早期宇宙中，当条件与今天的条件相当不同时，理论上这些恒星可能是在稀有但强大的密集、湍流、冷气体流的交汇处形成的。
宇宙学家认为这需要一些真正奇异的条件，例如强紫外线辐射的背景，或气体和气体之间的超音速流动。。 这些奇异的条件都与发现这些早期宇宙类星体的环境相似。
在阿联酋阿拉伯联合酋长国大学的天体物理学家穆罕默德·拉蒂夫的带领下，研究人员对气流进行了模拟，并高兴地发现超大质量黑洞在这些气流的交汇处自发形成，而不需要奇异的条件。
在模拟中，交叉流产生的湍流阻止了正常恒星（例如我们今天看到的恒星）的形成。 通常，当冷云中的致密物质结在重力作用下塌陷形成婴儿恒星时，就会发生这种情况，但当湍流太多时，条件就不够稳定，无法发生这种情况。
然而，最终模拟中的云团变得如此巨大，以至于灾难性地塌缩成两颗巨大的恒星，质量分别是太阳质量的 31,000 和 40,000 倍。
随着来自溪流的气体继续流入云层，一个质量为太阳数十亿倍的超大质量黑洞可以在短短几亿年内形成并成长。
“因此，在宇宙黎明之后——宇宙中第一批恒星形成时——唯一能够形成类星体的原始云也很方便地创造了它们自己的巨大种子。这个简单而美丽的结果不仅解释了第一个类星体的起源，而且还解释了它们的起源。他们的人口统计数据？他们早期的人数，”惠伦总结道。
“第一个超大质量黑洞只是冷暗物质宇宙学结构形成的自然结果——宇宙网的孩子。”
该研究发表于自然。
