恒星坍縮理論很好地解釋了大多數黑洞。在那個理論中，一顆比我們的太陽質量至少高五倍的恒星在其生命即將結束時開始耗盡燃料。由于恒星核聚變的向外壓力是支持它抵抗來自其自身質量的向內引力的，因此當燃料耗盡時必然會拋射一些物質。

一顆恒星經歷了一次超新星爆炸，然后坍塌成一個黑洞。天體物理學家認為超大質量黑洞以這種方式開始，并通過不斷捕獲其他物質而成長為巨大尺寸的黑洞。黑洞質量的不斷增加，過程就像蜘蛛捕獲獵物一樣。

這種解釋的問題是它需要很長時間才能形成。

科學家的假想圖顯示了超大質量黑洞的周圍環境，這是許多星系中心的典型黑洞。黑洞本身周圍是一塊非常熱的吸積盤，而且還有一個塵土飛揚的圓環。在黑洞的極點上也經常會有高速噴射的物質流，它們可以向太空延伸很長的距離。

在宇宙中，科學家觀察到了很多古老的超大質量黑洞。今年3月，一群天文學家宣布發現了83個如此古老的黑洞，很多我們無法理解。2017年，天文學家發現了一個8億太陽質量的黑洞，這個黑洞在大爆炸后僅6.9億年完全形成。它們只有在宇宙的早期出現，然后才有時間成長為超大質量的形態。

其中許多超大質量黑洞的質量是太陽的數十億倍。它們會產生如此大的紅移，它們必定是在大爆炸后的前8億年形成的。但這還不足以讓恒星崩潰模型解釋它們。天體物理學家面臨的問題是，這些黑洞在如此短的時間內如何變得如此之大？

加拿大安大略省西部大學的一對研究人員認為他們已經弄明白了。他們有一種叫做“直接崩潰”的新理論，解釋了這些令人難以置信的古老超大質量黑洞。

他們的論文標題為“ 直接崩潰情景中超大質量黑洞的質量函數 ”，并發表在“天體物理學雜志快報”上。作者是Shantanu Basu和Arpan Das。巴蘇是恒星形成和原行星盤演化早期階段公認的專家。他也是西方大學的天文學教授。Das也來自Western的物理和天文系。

斯巴魯望遠鏡圖像中的超大質量黑洞距地球130億光年。這些古老的超大質量黑洞挑戰了我們對黑洞如何形成的理解。

他們的直接坍塌理論認為，古老的超大質量黑洞在很短的時間內形成得非常迅速。突然，他們停止了成長。他們開發了一種新的數學模型來解釋這些快速形成的古老黑洞。他們說，愛丁頓極限是一顆恒星向外輻射力與內向引力之間的平衡，起到了作用。

在這些直接坍塌的黑洞中，愛丁頓極限調節了質量增長，研究人員說，這些古老的黑洞甚至可以超過這個極限，他們稱之為超級愛丁頓吸積。然后，由于其他恒星和黑洞產生的輻射，它們的生產停止了。

“超大質量黑洞只能在很短的時間內快速生長，然后在某些時候，由于其他黑洞和恒星產生的宇宙中的所有輻射，它們的生長停止了，”巴蘇解釋道。“這是直接崩潰的情況。”

“這是間接的觀察證據，證明黑洞起源于直接坍塌，而不是來自恒星殘骸，”巴蘇說。

這一新理論為一段時間以來天文學中棘手的問題提供了有效的解釋。巴蘇認為，這些新結果可以用于未來的觀測，以推斷出我們宇宙中很早出現的超大質量黑洞的形成歷史。