宇宙早期的“黑洞巨兽”让科学家们感到困惑

艺术家绘制的类星体插图。（图片来源：美国宇航局）

类星体展现着宇宙中一些最为明亮且充满能量的现象。它们的能量源自超大质量黑洞，那些黑洞如同巨大的“引力引擎”，质量是太阳的数百万到数十亿倍，它们以惊人的速度疯狂地吞噬周围的物质。

当气体、尘埃以及恒星物质通过吸积盘螺旋向内运动的时候，它们在数百万度的高温下被极度加热，这时，它们会在穿过事件视界之前释放出横跨整个电磁波谱的巨大能量。

尽管这些能量源自一个并不比我们太阳系大多少的区域，但产生的辐射却能超过整个星系的亮度。

类星体3C - 273（图片来源：美国宇航局/欧洲航天局）

现在，科学家们在遥远的类星体中发现了质量达数十亿倍太阳质量的黑洞，这很奇怪，不符合天体物理学的黑洞增长理论。

按照标准的爱丁顿极限吸积理论，这些黑洞不应该在如此短的时间里达到如此巨大的质量。

爱丁顿极限是黑洞吸积的“理论红线”——当吸积率超过此值，辐射压会将物质反弹回去。但某些早期黑洞似乎打破了规则，通过间歇性暴食或喷流喷射实现超限吸积。

科学家们观测到，在宇宙年龄还不到10亿岁时，这些超大质量黑洞（SMBHs）就已经存在了。

而且，黑洞中类星体的活跃寿命也出人意料地短，不到100万年。

由麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的多米妮卡·杜罗夫奇科娃（Dominika Ďurovčíková）领导的团队一直在用新的机制替代增长机制，包括间歇性超爱丁顿吸积、黑洞合并以及喷流辅助增长等，其目的是合理地解释这些宇宙巨兽在早期宇宙中如何实现了如此快速的发展。

该团队利用甚大望远镜的多单元光谱探测仪（MUSE）对宇宙年龄还不到10亿年时的年轻类星体进行了观测。

甚大望远镜

研究人员专门挑选近邻区域异常小的类星体作为目标，这种异常小的类星体表明它们的活跃寿命极短，不到100万年，有些甚至仅有1000年。

科学家们在这些类星体的周围区域寻找延伸的莱曼 - 阿尔法星云（由氢气构成的巨大发光云团），这是为了搞清楚这些天体是否真的处于早期吸积阶段（如果处于早期阶段，星云会很小或者几乎不存在），与此同时，这种观测还需排除近邻区域小是由于方向性遮挡效应掩盖了更广泛的星云辐射的可能。

他们的研究结果提供了有力的证据，表明这些遥远的类星体只是最近才启动了剧烈的吸积引擎，揭示出超大质量黑洞正处于活跃进食阶段的最早时刻。

这一观测结果对传统的超大质量黑洞增长模型提出了严峻挑战，因为这个结果表明，这些宇宙巨兽通过某种机制在早期宇宙时期就达到了如此巨大的质量，而这种机制与我们目前对早期宇宙中稳定、渐进积累过程的理解是相悖的。

天文学家们异常惊讶，但要他们回答这个疑问，可能还需要一些时日。

小编说一说：黑洞、类星体、活动星系和活动星系核

我们经常听到这些词，是不是?它们还总是出现在一起，就像这篇文章一样，下面，我们来聊聊它们吧。

射电望远镜出现后，人们发现了不少散发着射电辐射的天体，它们被称为射电源。

有些射电源很像恒星，但其实不是恒星，天文学家们一时找不到很好的名字来称呼它们，于是，这种像恒星又不是恒星的天体就被人们称为“类星体”。

后来人们发现，类星体可不简单。它们竟然是一种星系中明亮的核，这种星系和我们熟悉的普通星系（例如我们的银河系）不一样，普通星系多数处于‘沉睡’状态，吸积物质的速度缓慢；而活动星系的核心黑洞正疯狂吞噬物质，如同被唤醒的巨兽，释放出超常能量。天文学家们将这种躁动的星系称为“活动星系”，而那些位于星系中心的明亮的核就被称为“活动星系核”。

明白了吧，其实，受限于观测能力的提高，人们最初只注意得到哪个明亮的核，他们将活动星系和活动星系核当成一种东西来谈论。

问题是，活动星系核为什么那么亮？

现在的解释是，在活动星系中隐藏着一个高速旋转的“超大质量黑洞”，正如这篇文章中描述的那样，这黑洞在疯狂地吞噬着周围的物质，从而“点燃”了类星体，这正是我们看到它们如此明亮的缘故。

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