宇宙中超大质量黑洞的增长随着宇宙的老化而减缓

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超大质量黑洞的质量超过一百万个太阳质量，但随着宇宙的变老，它们的增长速度有所放缓。

超大质量黑洞是引力极其强大的天体物体，甚至连光都无法逃离它们。最巨大的超大质量黑洞被称为“超大质量”黑洞，其质量可以是太阳质量的数百万到数十亿倍。

这些巨型黑洞通常存在于星系的中心。我们自己的星系——银河系也含有一个位于其核心的超大质量黑洞。

那么，这些超大质量黑洞是如何变得超级庞大的呢？为了回答这个问题，我们的天体物理学家团队回顾了宇宙138亿年的历史，追踪了超大质量黑洞从早期到今天的增长过程。

我们构建了一个模型，概括了超大质量黑洞过去120亿年的整体增长历史。

## 超大质量黑洞是如何增长的？

超大质量黑洞主要通过两种方式增长。它们可以从宿主星系中吸收气体，这个过程叫做吸积；它们还可以在两个星系碰撞时合并。

当超大质量黑洞吸收气体时，它们几乎总会发出强烈的X射线，这是一种高能光，肉眼无法看见。你可能在牙医那里听说过X射线，有时用来检查你的牙齿。天文学家使用的X射线通常比医用X射线的能量低。

那么任何光，甚至是看不见的X射线，怎么能逃离黑洞呢？严格来说，这些光并不是来自黑洞本身，而是来自黑洞外的气体。当气体被拉向黑洞时，它会加热并发出光，比如X射线。超大质量黑洞吸收的气体越多，产生的X射线就越多。

多亏了20多年来三个最强大的太空X射线设施——钱德拉、XMM-牛顿和eROSITA积累的数据，天文学家可以捕获宇宙中大量正在吸积的超大质量黑洞的X射线。

这些数据使我们的研究团队能够估算超大质量黑洞通过吸积气体增长的速度。平均而言，一个超大质量黑洞每年可以吸收相当于太阳质量的气体，具体数值取决于各种因素。

例如，数据显示，一个黑洞的增长速率，在数百万年的平均时间内，与其宿主星系中所有恒星的质量密切相关。

## 超大质量黑洞合并的频率是多少？

除了吸积气体外，超大质量黑洞还可以通过在星系碰撞时相互合并，形成一个更大质量的黑洞。

超级计算机宇宙模拟可以预测这些事件发生的频率。这些模拟旨在模拟宇宙随时间的成长和演化。数量繁多的星系在空间中飞行，有点像积木，建构起宇宙。

这些模拟显示，星系和它们承载的超大质量黑洞可以在宇宙历史的跨度上经历多次合并。

我们的团队使用X射线和超级计算机模拟跟踪了这两种增长渠道——气体吸积和合并，然后将它们结合起来构建了这一整体增长历史，绘制了黑洞在数十亿年间的增长情况。

我们的增长历史显示，数十亿年前，超大质量黑洞的增长速度要快得多，那时宇宙还很年轻。

在早期，宇宙含有更多的气体供超大质量黑洞吸积，并且超大质量黑洞不断涌现。随着宇宙的变老，气体逐渐耗尽，超大质量黑洞的增长放缓。大约80亿年前，超大质量黑洞的数量稳定下来，并且自那时以来增长不明显。

当没有足够的气体供超大质量黑洞吸积时，它们变得更大的唯一方法是通过合并。在我们的增长历史中，我们并没有看到很多这样的情况。平均而言，最大质量的黑洞可以从合并中积累质量，每几十年达到太阳质量的速度。

## 这项研究帮助我们了解，在过去120亿年中，超过90%的黑洞质量是如何积累起来的。

然而，我们仍需调查它们如何在早期宇宙中增长，以解释黑洞质量剩余的几个百分点。天文界开始在探索这些早期超大质量黑洞方面取得进展，我们希望很快能找到更多答案。