從微小到龐大！早期宇宙中的微黑洞快速演化為巨型黑洞

一項突破性的宇宙學模擬研究揭示，在大爆炸最初期形成的微小「原初黑洞」，可能已經迅速膨脹到超大質量，為解釋早期宇宙中超大質量黑洞的快速形成提供了新的可能性。《SPACE》報導，這一發現有助於解決現代宇宙學面臨的一個重大難題：為何在宇宙年齡尚不足 10 億年時，就已存在質量遠超太陽數百萬甚至數十億倍的超大質量黑洞。記者林育如／編譯

一項突破性的宇宙學模擬研究揭示，在大爆炸最初期形成的微小「原初黑洞」，可能已經迅速膨脹到超大質量，為解釋早期宇宙中超大質量黑洞的快速形成提供了新的可能性。這一發現有助於解決現代宇宙學面臨的一個重大難題：為何在宇宙年齡尚不足 10 億年時，就已存在質量遠超太陽數百萬甚至數十億倍的超大質量黑洞。

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在大爆炸最初期形成的微小「原初黑洞」，可能已經迅速膨脹到超大質量。（示意圖／取自123RF）[/caption]

《SPACE》報導指出，美國國家航空暨太空總署（NASA）詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）近期在早期宇宙中發現的眾多超大質量黑洞，甚至追溯到大爆炸後僅 5.7 億年，使這一「過早成長」問題日益凸顯。

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愛爾蘭梅努斯大學皇家學會大學研究員約翰·裡根（John Regan）指出：「當我們用更強大的望遠鏡觀察早期宇宙時，我們不斷看到超大質量黑洞。這意味著它們在宇宙的最初幾億年內就已就位。」然而，傳統的超大質量黑洞成長模型，如物質快速吸積和黑洞合併，通常需要超過 10 億年才能形成如此巨大的規模。

新的研究提出，「原初黑洞」可能為早期超大質量黑洞的快速成長提供了「起跑優勢」。與由大質量恆星死亡形成的天體物理學黑洞不同，原初黑洞被認為直接誕生於大爆炸後第一秒宇宙中過密的物質區域，其質量上限不受恆星壽命的限制，理論上可以比恆星質量黑洞更為巨大。

裡根解釋：「如果原初黑洞存在，它們原則上可以從一開始就擁有更大的質量，並且可能更容易進入星系中心，在那裡它們可以迅速成長。」這類黑洞無需等待第一代恆星的誕生和死亡，從而獲得了數百萬年的時間優勢。此外，恆星爆炸所產生的能量不會阻礙原初黑洞周圍物質的吸積，為其持續成長提供充足「燃料」。

模擬結果表明，原初黑洞主要透過吸積氫和氦等物質來成長，儘管黑洞合併也可能扮演次要角色。為了有效成長為超大質量黑洞，這些原初黑洞需要迅速聚集物質，並最終沉入星系中心。裡根表示：「如果原初黑洞非常豐富，那麼它們就可以構成整個超大質量黑洞群體。」

儘管目前仍缺乏直接的觀測證據來證實原初黑洞的存在，但這項基於複雜宇宙學模擬的理論，為了解超大質量黑洞的起源提供了一條新的途徑。未來的觀測，例如在極早期宇宙中發現超大質量黑洞，或在現代宇宙中發現質量極低的黑洞（小於太陽質量三倍），都將為該理論提供潛在的「確鑿證據」。

資料來源：《SPACE》

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