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在名為「文藝復興」模擬實驗（Renaissance Simulation）中一個橫跨30000光年的宇宙區域的中心存在一簇年輕的星系群，它在加熱周圍氣體的同時還會產生輻射（白色）和金屬物質（綠色）。
從宇宙中第一批大質量黑洞周圍發射出來的光是如此強烈，以至於它能夠穿越整個宇宙進入人類的望遠鏡中。並且，更令人難以置信的是，那些來自最遙遠角落的黑洞（或類星體）的光在奔向我們的過程中已經花費了130多億光年的時間。然而，我們還並不知道這些巨型黑洞是如何形成的。據美國「物理學網」1月23日消息稱，《自然》雜誌同日刊發的一篇研究論文透露，來自美國喬治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）、密歇根州立大學（Michigan State University）、加州大學聖地亞哥分校（University of California at San Diego）、聖地亞哥超級計算機中心（San Diego Supercomputer Center）、IBM公司以及愛爾蘭都柏林城市大學（Dublin City University）的研究人員共同主管的一個最新項目為解開這個宇宙之謎提供了一條新穎且潛力極其巨大的研究途徑。他們發現，當某些星系極其迅速地——甚至是猛烈地——聚集在一起時，就會形成超大質量黑洞。在這些類型罕見的星系中，正常的恒星形成過程被打亂，黑洞的醞釀過程取而代之。
該項新研究發現，大質量黑洞是在快速擴展增長的、無恒星的、致密區域內形成的，而這就推翻了長期以來已經被人們接受的觀點，即大質量黑洞的形成位置僅限於會受附近星系強大輻射作用的區域內。
據該論文的通訊作者、佐治亞理工學院相對論天體物理學中心的副教授John Wise介紹，用以判定新生宇宙中巨型黑洞形成位置的關鍵條件跟前星系時代氣體雲的急劇增長具有一定的關係——因為該類氣體雲是今天所有星系的前身，這意味著大多數超大質量黑洞都誕生在這個 新髮現的場景中，擁有著同一個起源。暗物質坍縮後形成的暗物質暈是所有星系的引力黏合劑，而正是這些暗物質暈早期的快速生長阻止了恒星的形成，這些恒星本可以成為與黑洞競相爭奪進入該區域內氣體物質的對手。
都柏林城市大學天體物理與相對論中心的研究員John Regan解釋道：「以前的理論認為，只有當這些區域暴露在抑制恒星形成的輻射中時，這種情況（黑洞誕生）才會發生。隨著我們研究的深入，我們發現這些區域正在經歷一段極其快速的生長時期——這才是關鍵。這種快速聚集現象猛烈而動蕩的本質以及星系誕生初期星系基礎物質之間猛烈的碰撞，不僅阻止了正常的恒星形成過程，而且為黑洞的形成創造了完美的條件。這項研究的成果改變了以往相關的范式，開辟出一個全新的研究領域。
據該論文的作者之一、加州大學聖地亞哥分校超級計算機中心主任Michael Norman解釋，早期的黑洞形成理論依賴於其附近星系的強烈紫外線輻射，讓其在生成黑洞的暗物質暈中扮演阻礙恒星形成的角色。他指出：「雖然紫外線輻射仍然是因素之一，但是我們的研究結果表明，它並不是主要因素，至少在我們的模擬實驗中不是。」
Wise副教授也解釋道：「我們之前只是在宇宙中密度過高的區域中看到了黑洞的形成。然而，暗物質是宇宙中大部分引力的來源，氣體會隨之落入引力勢中，在那里它就能夠形成恒星或巨型黑洞。」另外，該項研究的另一個發現是，生成黑洞的暗物質暈可能比之前科學界認為的更為普遍。
用於該研究的設備是「文藝復興」模擬實驗（Renaissance Simulation）套件，這是2011年至2014年間在Blue Waters超級計算機上創建的一個70兆字節的數據集，旨在幫助科學家了解早期宇宙是如何演化發展的。未來相關模擬實驗研究將著眼於這些產生大質量黑洞的星系的生命周期，包括研究宇宙中第一個大質量黑洞在整個宇宙時間跨度中的形成、生長和演化過程。
編譯：朱明逸
審稿：阿淼
責編：南熙