我們知道，宇宙中不僅有機生命會成長，一些無生命的物體，例如黑洞的形成，也會成長。
我們知道，恒星燃燒到后期都要來一次“清倉大甩賣”，即所謂的“超新星爆發(fā)”。經過“清倉”之后，如果剩余物質還超過3～4倍的太陽質量，那么恒星的核心就會坍塌成一個黑洞。
“黑暗霸主”
怎么吃胖的？
不過，這只是恒星量級的小黑洞。比起另一類黑洞，它們只能算是小兒科。放眼整個宇宙，幾乎每個大型星系的中央都潛藏著一個超大質量黑洞。譬如我們銀河系中心的黑洞，是太陽質量的約400萬倍，而在另一些星系，中心黑洞的質量甚至可達太陽質量的數十億倍。它們毫無疑問是宇宙中的“黑暗霸主”。
大小黑洞雖然懸殊，但前者顯然是由后者“成長”來的，這并不是什么不可想像的事情。以我們自己為例。成人身上含有500～600萬億個細胞，可當初不也是從一個受精卵細胞開始發(fā)育的嗎？
但是，黑洞的成長跟有機生命的成長還是有本質區(qū)別的。有機生命的成長靠的是細胞分裂，細胞一分二，二分四……這樣以幾何級數分裂下去，很快就能達到天文數字。黑洞成長雖是一種天文現(xiàn)象，卻不能天馬行空般地“速成”，只能老老實實一口一口吃成胖子，中間還可能長時間停滯，因為它不能像動物那樣四出覓食，只能來什么吃什么，萬一沒東西呢，那自然就挨餓了。
這么一考慮，麻煩就來了。天文學家發(fā)現(xiàn)，從宇宙中條件允許小黑洞形成之日起到現(xiàn)在，黑洞似乎沒有足夠的時間長成如今盤踞星系中心的超大質量黑洞。那么，黑暗霸主是怎么來的呢？這就成了一個謎。
霸主似乎長得太快了點
既然黑洞來自恒星的坍塌，可見黑洞只能出現(xiàn)在宇宙中有了恒星之后，這個時間大約在大爆炸后數千萬年。按照原先的理論，為超大質量黑洞提供小黑洞“種子”的，是第一代恒星。
當宇宙中的第一代恒星形成時，由于當時氫氦等原料十分豐富，所以這些恒星的個頭都特別大，動輒是太陽質量的好幾百倍。這些恒星很快燃燒殆盡，其核心坍縮成一個大約100倍太陽質量的黑洞。這些黑洞在隨后的歲月里，不斷吞噬周圍的氣體，最終長成龐然大物。理論上講，只要保證周圍有充足的“食物”，一個黑洞每3000萬年就可以質量翻番。你自己不妨計算一下，從100倍的太陽質量跨越到10億倍的太陽質量，黑洞的質量需要翻番23次，所花時間大約是7億年。
這一切似乎都沒錯，目前觀察到的超大質量黑洞，差不多正是這個年齡。但這里有個問題：要保證黑洞如期長大，有個前提，那就是黑洞要一刻不停地“吃”才行?？墒潜ＷC這個前提卻并非易事。
黑洞不能一刻不停地吃
為什么說保證黑洞時刻都有東西“吃”并非易事呢？
讓我們來看一類迄今還很活躍的黑洞。在遙遠的宇宙空間，有一類天體叫類星體。類星體中心有一個極明亮的光點，亮度往往超過周圍所有千百億顆恒星的總和。天文學家認為，類星體實際上是一類異常活躍的星系。其中心隱藏著一個超大質量黑洞，這個黑洞正在貪婪地進食。當物質盤旋著落向黑洞時，通過摩擦生熱，發(fā)出耀眼的光芒，一部分物質甚至在磁場驅動下以99%的光速往外噴射，形成噴流。黑洞吞食的東西越多，它發(fā)出的輻射和噴流就越強烈。
但是中心的黑洞卻注定要為奪目的光芒而挨餓。因為這些向外的輻射和噴流會驅散落向黑洞的物質，切斷黑洞的“食物”供應。沒東西吃，黑洞自然在一段時間里要停止生長。
你看，即使在周圍食物很豐富的情況下，黑洞況且還吃一口吐半口，沒有食物會如何，就可想而知了。
我們無法想像黑洞會以別的更快的方式進食，可是“在差不多7億年的時間內，小黑洞長成了超大質量黑洞”又是一個不容否認的事實，所以要解決這個問題，只能設想長成超大質量黑洞的“種子”應該比原先設想的要大。
那么，產生更大黑洞“種子”的可能有哪些呢？下面就是天文學家提出的幾種可能。
黑洞的形成第一種可能：恒星碰撞
有一種可能是，超大質量黑洞并非始于單顆恒星，而是始于許多顆恒星。2003年，一位美國天文學家對一個正在形成的早期星系進行了電腦模擬，這個星系擁有數百顆明亮的年輕恒星。他發(fā)現(xiàn)，質量最大的恒星往往會聚集在星系中心附近，因而“磕磕碰碰”幾乎不可避免。當恒星碰撞時，它們就融合成一顆更大的恒星，如果數百顆恒星通過碰撞融合在一起，我們就可以得到一個質量比太陽大好幾千倍的天體。這個天體坍縮成的黑洞，質量可以達到太陽質量的上千倍。
種子是比原先大了，但這個猜想也還是面臨一個老問題：種子似乎還不夠大。因為即使是一個質量相當于太陽1000倍的“種子”黑洞，也必須要經歷20次質量翻番，才能夠成長為10億倍太陽質量的超大黑洞。要保證如期長成大胖子，這期間黑洞要狼吞虎咽不停地吃才行。而我們前面已經說了，要保證黑洞在數億年內一直有充足的食物，并不容易。
所以，這個設想還是沒有根本上解決問題。
黑洞的形成第二種可能：
星系中心坍縮
有一種想法很簡單也很新奇：既然恒星會坍縮，星系為什么就不能坍縮？恒星的核心坍縮變成一個小黑洞，星系的中心就不能坍縮成一個大黑洞嗎？
星系的中心要坍縮，該處的密度必須足夠大?？墒且谛窍抵行娜M這么多物質并不容易。要過的第一關，就是自轉。即使是最早的星系，也會帶有一點點旋轉。當它們收縮時，其中的氣體會轉得越來越快。最終，旋轉產生的離心力會與引力達到平衡，形成一個自轉的氣體盤，幾乎沒有物質再能落入星系中心。
要是很多條件能湊到一塊，這個障礙倒也并非不能克服。比如在星系自轉足夠慢，密度足夠大，周圍又有恒星正在密集形成的情況下，或許會有物質源源不斷地掉進星系中心，坍縮成黑洞，并在短短幾千萬年時間里把它喂養(yǎng)到太陽質量的100萬倍。然后，這個黑洞種子只需翻番10次就能達到太陽的10億倍。就算“食物”供應不那么充足，在幾億年的時間里做到這一點也綽綽有余。
可是這些條件能湊到一塊，在天文學家看來還是過于巧合了。這種巧事發(fā)生一次兩次尚可，但超大質量黑洞在宇宙中這么普遍，它們的出現(xiàn)哪會都是事事碰巧的結果？
黑洞的形成第三種可能：
微型黑洞合并
最激進的想法或許是，巨型黑洞是由大爆炸的烈焰直接鑄造的。在歐洲大型強子對撞機投入運行之前，有人就曾擔心強子對撞機會制造出微型黑洞來。這種擔心并不是完全沒有道理的，因為強子對撞機模擬宇宙大爆炸之后不到1/10秒內發(fā)生的事情。在真實的宇宙中，那個時候，粒子能量那么高，它們所處空間又那么小，撞出個微型黑洞來也不是完全沒有可能的。
現(xiàn)在有人就繼續(xù)發(fā)揮這樣的想像：這些微型黑洞如果進一步合并，就可能在非常短的時間內形成質量達太陽10萬倍的中型黑洞。然后這些中型黑洞經過緩慢的成長，變成超大質量黑洞。
不過如果是這樣，那么這些在宇宙早期就已存在的中型黑洞，會因抽吸周圍的氣體而發(fā)出明亮的X射線，從而在宇宙微波背景輻射中留下印記。但我們迄今并沒有觀察到這些印記。
黑洞的形成第四種可能：暗星黑洞
最后還有人求助于暗物質來解決這個難題。
暗物質是構成宇宙中物質總質量85%的神秘物質，這種物質沒有電磁作用，只有引力和弱核力。
2007年，美國兩位天文學家提出，第一代恒星中有一些可能是由暗物質組成的。這些暗物質在引力作用下聚集成團。因暗物質粒子的反粒子是它自身，所以相遇時會彼此湮滅，發(fā)射出光芒（這一點跟通常恒星通過核聚變產生光芒不一樣），形成所謂的“暗星”。又因為暗物質沒有電磁作用，所以暗星的輻射不會驅散周圍的暗物質，暗星幾乎可以無限地持續(xù)成長，最終坍縮形成質量高達太陽10萬倍的種子黑洞。有了足夠大的“種子”，其他的事情就交付時間來解決了。
要驗證這個可能性，關鍵是在宇宙中要找到暗星。2018年，美國計劃發(fā)射韋伯空間望遠鏡，其中一項任務就是探測暗星。
如果韋伯望遠鏡什么都沒發(fā)現(xiàn)，天文學家還將在未來發(fā)射太空激光干涉儀，用來探測黑洞碰撞合并時發(fā)出的引力波。如果能探測到引力波，就可以倒推出黑洞的大小，揭示黑洞成長的秘密。
如果這一切都不能奏效，那么在這個問題上，我們恐怕真要掉進無底的黑洞里去了。
