对于神秘莫测的黑洞，科学家的研究不断深入。借助“蓝水”超级计算机“复兴模拟”项目的数据，研究人员发现大质量黑洞可以在没有恒星存在，但快速扩张的星系区域形成，尤其是暗物质光晕。据科学家预测，无论是在宇宙诞生之初还是当前的星系，绝大多数大质量黑洞的源头都是暗物质光晕。
科学家模拟的年轻星系，在产生辐射（白色）和金属（绿色）的同时加热周围气体。暗物质光晕（插入图）正在形成3个超大质量黑洞
在揭示早期宇宙如何演化出第一批大质量黑洞方面，科学家又往前迈进一步。虽然这些遥远黑洞的光线非常强烈，足以被130亿光年外的望远镜捕捉到，但它们如何形成仍是一个不解之谜。借助“蓝水”超级计算机70TB“复兴模拟”项目的数据，研究人员发现大质量黑洞可以在没有恒星存在，但快速扩张的星系区域形成。
艺术概念图，银河系的暗物质蓝色光晕
佐治亚理工学院相对论天体物理学中心副教授约翰·维瑟表示：“研究中，我们发现了触发黑洞形成按钮的一种全新机制，尤其是在暗物质光晕。我们不能紧盯着辐射不放，还需要聚焦这些光晕的生长速度。我们不需要太多物理学研究就能了解这些光晕，只需要研究暗物质如何分布以及引力如何对它们产生影响。想要形成大质量黑洞需要身处一个罕见区域，即大量物质聚集的区域。”
根据这项新研究，星系的快速扩张能够导致黑洞形成。这颠覆了长久以来科学家普遍接受的假设，即这些区域会限制黑洞的生长能力。研究人员指出黑洞可能在暗物质光晕中形成。暗物质将星系聚合在一起。
超大质量黑洞周围的物质云
科学家此前认为黑洞只能在充斥着辐射的区域形成。都柏林城市大学天体物理学与相对论研究中心的约翰·里根表示：“此前的理论认为这种现象只能发生在暴露于扼杀恒星形成的高水平辐射环境。随着研究的深入，我们发现这些区域会经历一个极速生长阶段。星系诞生阶段的快速而猛烈的扩张以及物质的猛烈对撞，会阻止正常的恒星形成过程，进而为黑洞的形成创造完美条件。这项研究另辟蹊径，开辟了一个全新的研究领域。”
艺术概念图，一个被致密气体-尘埃盘环绕的星系中央超大质量黑洞
研究过程中，科学家使用了“复兴模拟”项目2011年至2014年获取的数据。他们发现10个本应该形成恒星，但只存在致密气云的暗物质光晕。在Stampede2超级计算机的帮助下，研究小组对这些光晕进行了更高解析度的模拟，从而揭示了大爆炸后2.7亿年所发生活动的空前细节。
维瑟指出：“只有在宇宙的这些超致密区域，我们才看到了大质量黑洞的形成。暗物质产生了绝大多数引力，气体在引力的作用下坠落并不断积聚，能够形成大质量黑洞。”模拟结果显示这些黑洞能够以惊人的速度生长，不断俘获周围的气体和其它物质团并将它们压缩。
借助“复兴模拟”项目的数据，研究人员发现大质量黑洞可以在没有恒星存在，但快速扩张的星系区域形成
维瑟表示：“根据天文学家的观测，超大质量黑洞的质量能够在8亿年内达到太阳的10亿倍。这需要黑洞所在区域存在数量惊人的物质。宇宙诞生之初，这些区域就形成了星系。”
研究小组表示形成黑洞的暗物质光晕可能比此前认为的更为普遍。密歇根州立大学教授布赖恩·奥希亚指出：“发现这些光晕是该研究的一项令人兴奋的成果。它们虽然罕见，但可能比此前认为的普遍。根据我们的预测，无论是在宇宙诞生之初还是当前的星系，绝大多数大质量黑洞的源头都是这些暗物质光晕。”
超大质量黑洞是星系中央的致密区域，质量可达到太阳的数十亿倍。它们能扭曲时空（如图），甚至连光线也无法逃脱它们的引力
黑洞是一个怎样的存在？
黑洞的密度极高同时拥有惊人的引力，任何形式的辐射都无法逃脱它们的魔爪，哪怕是光线。借助超乎想象的引力，它们让尘埃和气体聚集在自己周围。据信，黑洞的巨大引力就是星系中的恒星围绕中心运转的原因所在。但黑洞如何形成，科学家知之甚少。
天文学家认为黑洞可能由规模可达到太阳10万倍的气体云塌陷形成。在这些黑洞中，很多充当了更大黑洞的“种子”，通过碰撞合并形成超大质量黑洞。每一个已知大型星系的中央都潜伏着这样的超级黑洞。另一种情况是，超大质量黑洞的“种子”来源于质量百倍于太阳的巨型恒星。燃料耗尽后，巨型恒星发生塌陷并形成黑洞。巨型恒星死亡时会发生超新星爆炸，将恒星外层的物质抛射到深空。
