這個藝術(shù)家的插畫描述了人類目前為止探測到的最遙遠的超大質(zhì)量黑洞。它的高增長速度令天文學家們百思不得其解。

天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了迄今為止觀測到的最遙遠的黑洞-而且它在年輕的時候就已經(jīng)非常驚人了。

這顆超大質(zhì)量的黑洞樣本相當于8億個太陽的重量，位于一個產(chǎn)生強大輻射的年輕星系的中心。這種類型的星系被稱為類星體，它們照亮了早期的宇宙，它們的極端的活動是由它們核心中的黑洞發(fā)電機驅(qū)動的。但這個黑洞比這個年輕的星系要大得多。

丹尼爾斯特恩在美國宇航局噴氣推進實驗室的一份聲明中說“大爆炸后，這個黑洞的發(fā)展遠遠超過我們預(yù)期的6.9億年，這挑戰(zhàn)了我們關(guān)于黑洞如何形成的理論”。斯特恩是發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究的合作者。

宇宙誕生和黑暗時代

讓我們進一步回到過去，來充分了解這一發(fā)現(xiàn)是多大的突破。

在大爆炸之后，迅速膨脹的宇宙中充滿了一種叫做等離子體的電離氣體熱湯。隨著時間的推移和宇宙的冷卻，這種等離子體凝聚成中性原子（主要是氫，其中一個質(zhì)子與電子結(jié)合）。直到這一刻，宇宙中沒有恒星，也沒有星系;根本沒有足夠的時間讓東西在重力下聚集起來創(chuàng)造星星。這個時期被恰如其分地命名為“黑暗時代”，因為當時唯一存在的輻射是大爆炸本身的背景余輝，隨著宇宙膨脹，它迅速變?yōu)榧t移。當膨脹的宇宙將光從短波長延伸到長波長時，發(fā)生紅移。

然而，隨著第一顆恒星被激發(fā)而存在并被它們的相互引力所束縛以形成第一個星系，宇宙經(jīng)歷了巨大的變化。

這些第一個星系產(chǎn)生強大的輻射，分解中性氫氣，從質(zhì)子中剝離電子。宇宙再次成為等離子態(tài)，稱為“再電離”。通常，這種高度電離的氣體對輻射是不透明的，但由于宇宙膨脹和冷卻，等離子體如此分散，以至于來自星系的光線通過星系際空間大部分都是暢通無阻的，就好像宇宙飛過星光開關(guān)一樣。

從宇宙黎明開始出現(xiàn)

那么，這個超大質(zhì)量的黑洞和這種戲劇性的宇宙變換有什么關(guān)系呢？

對類星體的觀測稱為ULAS J1342+0928，已經(jīng)證實它被中性氫包圍。存在于這個嬰兒星系周圍的中性氫意味著它剛剛從這個再電離時期出現(xiàn)，使它成為我們能夠觀測到的最早的星系，因為它是第一批形成的星系群。

一種藝術(shù)的概念圖，中間為正在形成的超大質(zhì)量黑洞

那篇論文的共同作者、在亞利桑那大學工作的范曉輝說到：“新的類星體本身就是最早的星系之一，然而它已經(jīng)擁有了一個巨大的黑洞，就像現(xiàn)今宇宙中的其他星球一樣巨大！”

位于大麥哲倫云前方的黑洞的模擬視圖。注意引力透鏡效應(yīng)，它產(chǎn)生了兩個放大但高度畸變的大麥哲倫云圖像。在頂部，銀河系圓盤被扭曲成了弧形。

檢測這個對象并非易事。來自J1342+0928的光已經(jīng)花了超過130億年才到達我們這里，所以它非常微弱而且產(chǎn)生很大的紅移。類星體能產(chǎn)生強烈的短波輻射。但是在經(jīng)過130億光年之后，輻射已經(jīng)被拉伸到光譜的紅外部分，因此只有最靈敏的紅外測量望遠鏡才能檢測到它。

利用強大望遠鏡的國際三聯(lián)體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，研究人員能夠在宇宙的最遠地方尋找類星體候選者。一旦確定，其他的觀測站就會一塊來觀察這個奇怪的對象。

例如，夏威夷的雙子座天文臺通過探測紅外光譜來測量黑洞的活動，從而幫助確定黑洞的巨大質(zhì)量。 類星體在早期宇宙中是特別強大的輻射發(fā)生器，因為它們核心中的超大質(zhì)量黑洞可以獲得大量的物質(zhì)。 當他們迅速消耗這個物質(zhì)時，黑洞形成了一個巨大的、熱的并且散發(fā)著輻射的吸積盤，創(chuàng)造了類星體的標志性光，可以在數(shù)十億光年內(nèi)看到。

下一步是搜索更多的類星體，如J1342 + 0928，研究人員估計在整個天空中大概有20到100個類星體。

類星體是準恒星射電源的縮寫。 如圖所示，3C 273，是天文學家有史以來第一個發(fā)現(xiàn)的，也是最亮的。

ESA/HUBBLE & NASA

它是如何變得如此龐大的？

現(xiàn)在我們知道J1342 + 0928是一個8億太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞的家園，最大的問題是，它是如何變得如此龐大？

懸在現(xiàn)代宇宙學和天體物理學上的一些最大問題集中在超大質(zhì)量黑洞上。眾所周知，這些怪物隱藏在大多數(shù)星系的核心中，包括我們自己的星系，我們知道它們可以擁有十億個太陽的質(zhì)量。試圖解釋我們現(xiàn)代宇宙中的超大質(zhì)量黑洞如何消耗足夠的物質(zhì)來變得如此之大是很困難的，但是發(fā)現(xiàn)一個8億太陽質(zhì)量的怪物在大爆炸之后只存在6.9億年是一個令人頭疼的問題。這個嬰兒黑洞怎么這么快變大？

黑洞吸積背后的機制知之甚少，但研究人員認為，這個例子可能只是一個具有一個極其活躍的“早期大器（early bloomer）”，，只能在大橢圓星系中定居的“常規(guī)”超大質(zhì)量黑洞。

范在一份聲明中說，“如果它位于比宇宙更密集的部分，它可以在生命中獲得更早的開始并且更快地增長，”

“這一發(fā)現(xiàn)表明，在早期宇宙中顯然存在一個制造這種怪物的過程，”加入國際研究的卡內(nèi)基科學研究所的天文學家Eduardo Ba?ados補充道。 “那個過程是什么？好吧，這會讓理論家們非常忙碌！”

這張圖片顯示的是具有環(huán)形電離環(huán)物質(zhì)的非旋轉(zhuǎn)黑洞外觀，這樣的模型可以作為人馬座A*的標準模型化來使用。這種不對稱性是由于多普勒效應(yīng)造成的，多普勒效應(yīng)是由于黑洞非常強的引力離心平衡所需的巨大軌道速度造成的。

文末“彩蛋”

現(xiàn)在這就很有趣了。因為宇宙的年齡是138億年，所以6.9億年只不過是宇宙年齡的百分之五。

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