“只有下到深淵里，我們才能找到寶藏。你在哪里跌倒，哪里就有屬于你的寶藏。”——約瑟夫·坎貝爾

遙望夜空，穿越層層蔽障，我們看到的星系越遠(yuǎn)，看到的宇宙就越古老。我們甚至能看到宇宙發(fā)出的第一縷光線、第一批恒星、第一批星系。

當(dāng)我們觀察這些最遙遠(yuǎn)的天體時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)其中一些星系其核心有超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量往往有太陽質(zhì)量的數(shù)十億倍！那么宇宙誕生后這么短的時(shí)間內(nèi)，這些數(shù)十億倍太陽質(zhì)量的黑洞是咋來的？要知道目前的恒星級(jí)別黑洞，也就幾十個(gè)太陽質(zhì)量。就算它們使勁合并，也不會(huì)在如此短的時(shí)間內(nèi)形成超大質(zhì)量黑洞。

這一切都要追溯到恒星的天體物理學(xué)。

普通恒星（低于130倍太陽質(zhì)量）誕生黑洞的過程

在宇宙中恒星的大小、顏色、壽命和質(zhì)量各異，這些性質(zhì)相互之間也密切相關(guān)。恒星的質(zhì)量越大，它的核聚變核心也越大。這意味著更大質(zhì)量的恒星燃燒得更明亮，溫度更高，半徑更大，燃燒的速度也更快。

像太陽這樣的恒星可能需要超過100億年的時(shí)間來燃燒其核心的所有氫燃料，但宇宙中其他恒星比我們的太陽大幾十倍甚至幾百倍，它們只需幾百萬年或者在極端情況下，可能只需幾十萬年的時(shí)間就能將核心中的所有氫聚變成氦。

當(dāng)恒星核心耗盡燃料后會(huì)發(fā)生什么？

恒星聚變反應(yīng)釋放出來的能量（輕元素變成重元素，通過愛因斯坦著名的E = mc^2釋放能量）是支撐恒星核心對(duì)抗強(qiáng)大引力的唯一力量。也就是說，恒星在主序星（燃燒氫）階段，輻射壓力和引力相互平衡，保證恒星以穩(wěn)定的速度和體積發(fā)光、發(fā)熱。

引力在恒星的一生中一直在努力將其中的所有物質(zhì)壓縮到盡可能小的體積。當(dāng)核聚變反應(yīng)因?yàn)槿剂虾谋M而停止時(shí)，核心就會(huì)迅速收縮。這里的速度很重要，因?yàn)槿绻徛龎嚎s某物，它的溫度會(huì)保持不變，但熵會(huì)增加，而如果快速壓縮，熵會(huì)保持不變，但溫度會(huì)上升！

就一顆特大質(zhì)量恒星的核心而言，溫度的升高意味著它可以開始融合越來越重的元素，從氦到碳、氮、氧，再到氖、鎂、硅、硫，最后在短時(shí)間內(nèi)變成鐵-鎳-鈷。

核心中鐵、鎳、鈷元素是最穩(wěn)定的元素，每核子的結(jié)合能非常高，核心核聚變就會(huì)停止，因?yàn)榻酉聛碇圃旄氐脑貙?shí)際上會(huì)損失能量、讓核心降低溫度。那么，當(dāng)核心沒有可以融合的物質(zhì)，但仍然有引力的存在時(shí)，會(huì)發(fā)生什么呢？

恒星會(huì)在失控的核心坍縮中，產(chǎn)生II型超新星爆發(fā)！

質(zhì)量較小的恒星會(huì)在其中心留下一個(gè)中子星，而一個(gè)質(zhì)量更大的恒星將無法抵抗重力，從而形成一個(gè)中心黑洞！一顆質(zhì)量大約是太陽15-20倍的恒星在其死亡時(shí)就會(huì)在中心產(chǎn)生一個(gè)黑洞，而且恒星質(zhì)量越大，產(chǎn)生的黑洞就越大！

在一個(gè)空間區(qū)域內(nèi)，大量的大質(zhì)量恒星會(huì)通過這一機(jī)制產(chǎn)生很多黑洞，然后這些黑洞隨著時(shí)間融合在一起，或者以恒星和星際物質(zhì)為食，逐漸生長。而且我們也觀察到了這種現(xiàn)象。

錢德拉x射線天文臺(tái)（藍(lán)色），哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（綠色），斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡（粉紅色）& GALEX星系演化探測器（紫色）。

但是，這些恒星形成的黑洞都很小，就算它們合并、吸收物質(zhì)，也不能很快地形成與我們觀察相一致的黑洞質(zhì)量。

更大質(zhì)量的恒星死亡時(shí)，什么都不會(huì)留下

一顆恒星質(zhì)量如果太大，在其死亡時(shí)就不會(huì)在中心產(chǎn)生黑洞！如果恒星超過130個(gè)太陽質(zhì)量，核心內(nèi)部的溫度就會(huì)非常高，能量也非常大，創(chuàng)造的高能量輻射粒子相撞后可以形成物質(zhì)-反物質(zhì)對(duì)，以正電子和電子的形式出現(xiàn)。

這看起來貌似不是什么大事，但是上文已經(jīng)說了：唯一使恒星免于核心崩潰的是核聚變產(chǎn)生的輻射壓力！當(dāng)恒星核心通過輻射粒子開始產(chǎn)生電子-正電子對(duì)時(shí)，核心抵抗引力的輻射壓力就會(huì)降低。這種現(xiàn)象在大約100倍太陽質(zhì)量的恒星中就會(huì)發(fā)生，但是恒星一旦達(dá)到130倍的太陽質(zhì)量，壓力就會(huì)大幅度減少，使恒星核心開始坍塌，而且坍塌的速度非常快！

這樣就會(huì)使核心急劇升溫，而且核心還包含了大量的正電子，這些正電子與普通物質(zhì)湮滅后，產(chǎn)生伽馬射線，而伽馬射線又會(huì)進(jìn)一步加熱核心！最終，由于核心的能量非常高，會(huì)使整個(gè)恒星在最壯觀的超新星類型中被完全炸得粉碎：不穩(wěn)定對(duì)超新星！這個(gè)過程不僅破壞了恒星的外層，也破壞了恒心的核心，最后什么都沒有留下！

如果沒有足夠大的黑洞在很短的時(shí)間內(nèi)瞬間形成，那大質(zhì)量黑洞怎么來的？而且我們很確信宇宙中確實(shí)存在超大質(zhì)量黑洞，就像我們?cè)阢y河系中心發(fā)現(xiàn)的人馬座A*，從恒星圍繞它的引力軌道來看，它的質(zhì)量相當(dāng)于四百萬個(gè)太陽質(zhì)量。

更不能形成數(shù)十億倍太陽質(zhì)量的黑洞，例如，在距離我們相對(duì)較近的星系，梅西耶87中心的超大質(zhì)量黑洞足有65億倍的太陽質(zhì)量。

這個(gè)數(shù)量級(jí)上的超大質(zhì)量黑洞，不僅在我們附近被發(fā)現(xiàn)，而且它們的紅移也非常高，這意味著這些黑洞已經(jīng)存在了很長時(shí)間！

你可能會(huì)覺得宇宙一開始的時(shí)候就已經(jīng)存在這些超大質(zhì)量黑洞了，并不是后來形成的，但這種想法與我們對(duì)年輕宇宙的描述不一致，無論是從物質(zhì)功率譜還是宇宙微波背景的起伏。無論這些超大質(zhì)量黑洞從何而來，它們都不太可能是跟隨大爆炸一起誕生的！

如果普通恒星不能產(chǎn)生黑洞，宇宙也不是生來就有黑洞，那么這些年輕的超大質(zhì)量黑洞又從何而來呢？

事實(shí)證明，恒星的質(zhì)量可能比我們之前討論過的那些還要大，當(dāng)恒星變得更大時(shí)，就有了新的希望。讓我們回到大爆炸后幾百萬年宇宙中形成的第一批恒星，這些恒星由當(dāng)時(shí)存在的原始?xì)錃夂秃庑纬伞?/p>

有大量證據(jù)表明，在很早以前，原始恒星是在更加巨大的區(qū)域內(nèi)形成的，并不像我們現(xiàn)在在星系中看到的只有幾十萬顆恒星的星團(tuán)，而是這些原始恒團(tuán)誕生時(shí)包含了數(shù)百萬顆（甚至數(shù)億顆）恒星。原始?xì)怏w云豐富、區(qū)域大，所形成的恒星質(zhì)量大、數(shù)量多、而且密集，這一點(diǎn)很好理解。

如果我們觀察一下目前我們發(fā)現(xiàn)的最大的恒星形成區(qū)域，位于大麥哲倫星云中的狼蛛星云，我們就能找到一些線索。

上圖中的這片區(qū)域直徑接近1000光年，中心是巨大的恒星形成區(qū)域（R136）包含大約45萬個(gè)太陽質(zhì)量的新恒星。整個(gè)氣體云非常活躍，正在形成新的大質(zhì)量恒星。但在這個(gè)恒星形成區(qū)域的中心，我們發(fā)現(xiàn)了迄今為止宇宙中已知最大的恒星！

這里最大的恒星質(zhì)量是太陽的256倍。還記得上文說過的不穩(wěn)定對(duì)超新星嗎？這個(gè)過程會(huì)摧毀超過130倍太陽質(zhì)量的恒星，不留下黑洞？但這種說法只適用于質(zhì)量在130倍太陽質(zhì)量以上、250倍太陽質(zhì)量以下的恒星。如果恒星的質(zhì)量再大一些，就會(huì)產(chǎn)生高能的伽馬射線導(dǎo)致光衰變，這些伽馬射線會(huì)把重原子核吹散成輕的（氦和氫）元素，從而降低恒星內(nèi)部的溫度。

如果一顆恒星的質(zhì)量超過250個(gè)太陽質(zhì)量，它的全部質(zhì)量就會(huì)完全坍縮成一個(gè)黑洞。260倍太陽質(zhì)量的恒星會(huì)產(chǎn)生260倍太陽質(zhì)量的黑洞，1000倍太陽質(zhì)量的恒星會(huì)產(chǎn)生1000倍太陽質(zhì)量的黑洞，等等。所以在早期豐富的原始?xì)怏w云中，會(huì)創(chuàng)造出很多超過這個(gè)極限質(zhì)量的恒星，它們的質(zhì)量完全坍縮成黑洞。隨著時(shí)間的推移，然后合并增長！短時(shí)間內(nèi)，就會(huì)在氣體云的中心形成越來越大的黑洞，最后逐漸演化出宇宙中第一個(gè)大星系！

據(jù)我們所知，這就是我們認(rèn)為宇宙中最大的黑洞形成的方式！