目前的天文观测显示,很多星系的中心区域都有恒星以极快的速度绕着不大且不可见的天体运动,这种天体的质量可以达到几百万甚至几十亿倍的太阳质量,因此最有可能的解释是――这些星系核心存在着超大质量黑洞。
简单的说,星系是在引力作用下聚集到一起的一大团东西,这些东西里面有恒星、有气体和尘埃、还有暗物质和辐射。引力是与距离的平方成反比的,也就是说距离越远引力越小,这就容易导致中心的密度比外围高,也就是星系中心的物质会比较密集。如果用我们身边的例子来说,地球上的东西都受到引力作用,所以自然状态下我们脚下所踩的大地是密度较高的、固态的,我们头顶的空气是密度较低的、气态的。
在引力的主导下,星系中心比较容易形成大黑洞,用一个可能不是很恰当的比喻来说,一个城市的高楼区和人口密集地带,往往处于城市中心。
具体来说有很多种情况,有些我们还只是略有了解。比如星系中心比较高的物质密度可能会更容易产生很大质量的恒星、靠的很近的双星等容易产生恒星级别黑洞的天体,一些这种小黑洞向星系中心聚集,会合并成更大质量的黑洞。除了恒星之外,星系形成早期也含有很多气体,可以给中心黑洞提供充足的原料,这样黑洞就慢慢长大了。此外,星系之间也会发生碰撞和合并,这一过程可能也会加速中心超大质量黑洞的形成。
星系形成是极为复杂的过程,有很多的进展,也有很多尚未解决的问题,比如目前还缺乏黑洞的直接观测证据。前面有人说的“先有黑洞,然后才会产生星系”、“星系中央有比较密集的星团是真的,但却并没有黑洞”、“只要有大的空间坍塌,就会形成漩涡式黑洞”、“根据霍金的原理:质量小的恒星围绕着质量大的恒星”之类的说法,都更像是在讲一个故事,而不是科普回答,更不谈不上科学研究。