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天文学家发现超大黑洞现身宇宙破晓之时

2017-12-11


天文学家发现了最遥远的超大质量黑洞。这个黑洞通过周围的吸积盘吞噬着物质,发出明亮的光芒。图片来源:Robin Dienel, courtesy of the Carnegie Institution for Science

艾麦乐/编译)很久很久以前,发生过一场大爆炸,创造出了宇宙和宇宙里的一切。此后长达数亿年的时间里,所有东西都被黑暗所笼罩。然后,光出现了,恒星、气体和星系全都开始发亮了。

在宇宙最初的破晓时分,那些最明亮的光源里,有一个光源的核心处藏着一个饥渴的黑洞。这个黑洞的质量超过8亿颗太阳,出现在大爆炸后仅6.9亿年时,当时的宇宙仍是一个婴儿。

在本周出版的《自然》杂志上,爱德华多‧巴尼亚多斯(Eduardo Bañados)等人宣布发现了这个黑洞,J1342+0928,以及与它共生的明亮类星体。这些天文学家在寻找宇宙早期存在黑洞的证据,但他们仍然被这颗黑洞超大的尺寸给惊到了。

黑洞是宇宙中那些引力强大到没有任何东西能够从中逃脱的特殊区域。石头逃不掉,气体逃不掉,连光都逃不掉。在大黑洞的附近,物质盘旋在黑洞周围形成所谓的吸积盘。盘中的物质以每秒上万公里的速度绕着黑洞旋转,那些尘埃和气体就好像坐在通往末日的疯狂旋转木马上,相互之间发生的摩擦能够产生大量的热量。

这些物质本身都会盘旋着落入黑洞,再也不会被人看见,但它们摩肩接踵释放的能量却以明亮的光和热的形式辐射到宇宙中。这些光使得巴尼亚多斯及其同事能够发现那个类星体,并利用这些光估算出了J1342+0928惊人的质量。

巴尼亚多斯说,一个典型的黑洞,形成于恒星的坍缩,质量应该是太阳的50到100倍。“就算你让它自由成长,从周边环境中汲取气体之类的物质喂给它吃,让它就这样成长6.9亿年的时间,你也不可能养出这么大的一个超大质量黑洞。”

想要弄清楚这个黑洞何以如此迅速地长到这么巨大,巴尼亚多斯这样的观测天文学家必须同理论天文学家和天体物理学家合作。在这个过程中,他们还考虑了稍微宽泛一些的问题,比如宇宙中所有一切的演化。巴尼亚多斯说,“这个天体十分遥远,而且极其明亮,为研究早期宇宙提供了一个天然的实验室。”

在已被发现的最遥远类星体中,大约有半数是由巴尼亚多斯发现的,但这个类星体,虽然并不是质量最大的,却是所有类星体中距离最远的。由于光也需要时间来传播,因此一个天体距离越远,我们观测它时看到的宇宙就越早。如此看来,这个天体来自于宇宙的极早期,没有任何其他科学家曾经观测过宇宙的那一阶段。

“这个纪录是很棒,但我们并不是为了创造记录才来作这项研究的,”巴尼亚多斯说,“这个类体星显得非常成熟,如果它是宇宙里最早形成的类星体,那么我会非常非常惊讶。我希望我们或者其他人很快就能打破这一纪录。”

这个类星体非常明亮,以至于它的亮度完全盖过了它所在的星系,要比整个星系还要明亮超过1000倍。这并不是因为星系本身太过暗淡。巴尼亚多斯还与其他科学家合作,在本周出版的《天文物理期刊通讯》(The Astrophysical Journal Letters)上发表了另一篇论文,专注于这个大黑洞所处的那个星系。他们发现,这个星系里充斥着星际尘埃,每年可以产生相当于100倍太阳质量的新恒星。相比之下,我们的银河系每年只能产生1倍太阳质量的新恒星。

他们还对这个黑洞周边的空间区域进行了研究,发现其中有一半充斥着未被电离的氢(正是这种物质阻挡了光的传播,使得宇宙在最初几亿年里陷入一片黑暗),另一半充斥着电离态的氢。这意味着,这个黑洞可能正好处在一个过渡时期,宇宙正从中性氢为主的阶段向电离氢为主的阶段转变。

“这个过程如何发生,何时发生,对于后来的宇宙如何演化有着深远的影响。”巴尼亚多斯说,“不过,我们还需要去搜寻更远更多的天体,来尝试重复这一观测。”

幸运的是,现在有了更好的机会去深入观察早期宇宙的演化。2018年,巴尼亚多斯和世界各地的其他科学家将使用不同的望远镜来更全面地观察这个天体,同时在夜空中寻找其他来自宇宙早期的黑洞。

“我们是非常幸运的一代,”巴尼亚多斯说,“我们是第一批人类,拥有技术能够研究宇宙中形成的第一批星系和黑洞的细节。如果这都不够让人着迷,我就不知道什么才能让人着迷了。”( 编辑:Steed

编译来源

Popular Science,Astronomers just discovered a supermassive black hole from the dawn of the universe
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来自:lindan9997  > 地球太空
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