首页
学习
活动
专区
圈层
工具
发布

黑洞“中午”大狂欢!科学家揭秘宇宙疯狂生长期的隐秘真相

如果黑洞能在短短数十亿年内暴涨数千倍,宇宙将会变成怎样的模样?这听起来像是科幻电影情节,但望远镜最新观测显示,宇宙确实经历过这样一场"疯狂生长"!为什么超大质量黑洞会在特定时期突然"暴饮暴食"?答案就藏在宇宙历史的"午餐时间"——一段被厚重尘埃遮蔽的神秘岁月中。

我们都知道,宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,随后经历了漫长的膨胀与冷却。天文学家将宇宙历史划分为不同阶段,从"宇宙黎明"(首批恒星形成)到"宇宙晚期"(现今宇宙)。

经典理论认为,宇宙早期星系形成缓慢,而现代宇宙中星系已趋于成熟稳定。但在这两个阶段之间,存在着一个被称为"宇宙中午"的特殊时期——大爆炸后约20-30亿年,相当于宇宙年龄的15%-25%。

但鲜为人知的是,这段"宇宙中午"远比我们想象的要狂野得多!堪萨斯大学领导的最新研究揭示,在这个被厚重尘埃遮蔽的时期,星系中心的超大质量黑洞正经历一场史无前例的"暴食狂欢"。

"我们以前只能看到宇宙中午的'表面现象',就像隔着浓雾看风景,"研究主要作者Allison Kirkpatrick教授解释道,"现在,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)让我们首次揭开了这层面纱。"

想象你正试图透过一块布满水雾的玻璃窗观察外面世界。可见光(我们眼睛能看到的光)无法穿透这层雾气,但如果你有一台红外相机,问题迎刃而解!JWST的中红外仪器(MIRI)就像是一台超级红外相机,能轻松看穿宇宙中的"尘埃迷雾"。

MEGA(MIRI EGS Galaxy and AGN)巡天项目利用JWST的MIRI仪器,在4个关键波段(F770W/F1000W/F1500W/F2100W)对"延展格罗斯特里普"区域进行了深度观测。这个区域虽然面积只相当于月球在天空中的视盘大小,却包含了约10,000个星系,是研究宇宙演化的绝佳"样本间"。

这种观测方法与弱引力透镜技术有异曲同工之妙。后者利用爱因斯坦广义相对论预测的光线弯曲效应"看见"不可见的暗物质,而MIRI则利用中红外波段的特性"看见"被尘埃遮挡的活动星系核(AGN)。两者都是揭示"隐形宇宙"的关键技术。问题在于,这些宇宙中午时期的黑洞增长速度快得惊人,甚至超出了理论预期。传统模型认为黑洞增长应受到爱丁顿极限的约束,即吸积物质的辐射压力会阻止黑洞无限制地"吞食"。

"这些黑洞的暴食行为就像是一个人试图一次吞下整只火鸡,"Kirkpatrick形象地比喻道,"按理说这是不可能的,但我们的观测清晰表明它们确实做到了。"

更糟糕的是,这种"饕餮盛宴"会产生巨大的能量反馈,理论上会吹散周围气体,阻止恒星形成。但MEGA巡天惊人地发现,这些星系同时还在疯狂地制造新恒星!这种看似矛盾的现象,挑战了我们对黑洞与星系共同演化的基本认知。

2023年发表在《天体物理杂志》上的研究证实,宇宙中午时期,有超过50%的AGN活动被尘埃完全遮蔽,在可见光和近红外波段几乎"隐形"。这解释了为什么之前的观测未能发现这一现象——我们一直使用错误的"望远镜"!

堪萨斯大学团队在2024年3月发布的MEGA观测结果更是震惊学界:通过分析中红外数据,他们首次精确测量了宇宙中午时期黑洞的真实增长率,发现它比之前估计的高出3-10倍!更惊人的是,数据显示现代宇宙中约一半的恒星质量和黑洞质量都形成于这个时期。

"这就像是揭开了宇宙青春期的日记,"研究团队成员形容道,"充满了热烈、混乱和爆发式成长。"

这项发现不仅关乎黑洞如何增长,更意味着我们需要重新思考星系与黑洞之间的关系。数据显示,黑洞的快速增长与周围星系的恒星形成率呈现惊人的正相关,这打破了"黑洞反馈抑制恒星形成"的传统观点。

更深层次的意义在于,这为解释宇宙早期就已存在的超大质量黑洞提供了关键线索。如果黑洞能在宇宙中午时期实现"超爱丁顿增长",那么它们有可能从相对较小的"种子黑洞"快速成长为今天观测到的巨兽。

这也为人类理解宇宙结构形成提供了新视角。正如一位不愿具名的天文学家所说:"宇宙中午就像是宇宙的'工业革命',在这短短十亿年里,完成了今日宇宙架构的主体建设。"

关于宇宙中午的黑洞狂欢,你认为这是宇宙历史中的特例,还是所有星系都必然经历的成长阶段?在评论区写下你的猜想。

正如Kirkpatrick教授所言:"在宇宙演化的万千面纱之下,最惊人的秘密往往隐藏在我们看不见的地方。"——科学永远在颠覆认知的路上。

未来,随着更多JWST观测数据的积累,以及即将到来的欧几里得空间望远镜和罗曼太空望远镜的协同观测,我们将能看到更多宇宙中午时期的黑洞"盛宴"细节,最终完成宇宙成长史上这一关键篇章的书写。

  • 发表于:
  • 原文链接https://page.om.qq.com/page/O363k3VAR_THdu2hpqASnm-Q0
  • 腾讯「腾讯云开发者社区」是腾讯内容开放平台帐号(企鹅号)传播渠道之一,根据《腾讯内容开放平台服务协议》转载发布内容。
  • 如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

相关快讯

领券