美國華裔科學家發現迄今為止最古老最遙遠的超大質量黑洞和類星體

2021-01-21 達夫觀察

天文學家在一個遙遠的發光類星體的中心發現了一個特大質量的黑洞,或許有助於幫助科學家們更好地了解古老的黑洞是如何形成的。美國亞利桑那大學的研究人員發現了一顆距地球130.3億光年的類星體。它是迄今為止發現的距離地球最遠的類星體,形成於宇宙大爆炸後的6.7億年後。

一些計算機模型解釋了此類特大質量黑洞如何在宇宙大爆炸後的前10億年中迅速形成——它們可能源於一些質量相當於幾千個太陽的超大型黑洞「種子」,或者形成於整個恆星團的碰撞。這顆被討論的類星體被稱為J0313-1806,它也是第一個有證據表明過熱氣體以五分之一的光速從黑洞周圍區域流出的類星體。

美國華裔科學家發現迄今為止最古老最遙遠的超大質量黑洞和類星體,新的觀測也顯示了星系中恆星形成的強烈活動。其中心的黑洞也是一個真正的巨人,其質量是太陽的16億倍。科學家認為,特大質量黑洞能夠形成巨大的湍流,後者將周圍物質的溫度提升到幾百萬攝氏度,並以接近光的速度將這些物質拋向太空,當一個超大質量的黑洞以極快的速度消耗大量的物質,並產生明亮的能量爆炸時,類星體也就此就誕生了。

科學家發現最古老類星體中的特大黑洞,有助於解釋黑洞是如何形成的,然而,這是宇宙中第一個如此早期就被發現的黑洞,並有助於讓人了解古老黑洞如何影響周圍星系。該研究的主要作者王飛格(Feige Wang,音譯),是亞利桑那大學Steward天文臺的哈勃研究員,他說道:「這是關於一個特大質量黑洞如何影響其周圍的宿主星系的最早證據。通過對較遙遠星系的觀察,我們知道這是必然會發生的,但我們從未見過它在宇宙如此早期就發生了。」黑洞通常是在一顆巨大的恆星爆炸時形成的,在時空結構中形成的裂縫。隨著時間的推移,當新生的黑洞吞噬周圍的所有物質時,它們就可成長並逐漸變成超大質量的黑洞。

然而,令人驚訝的是,這顆超大質量黑洞是在宇宙大爆炸後不久就形成的,但理論上沒有足夠的物質來製造黑洞。亞利桑那大學的模型計算表明,即使黑洞是在宇宙大爆炸後1億年後形成的,它也必須是在一顆質量至少為太陽1萬倍大小的恆星崩塌後誕生的。這項研究的合著者之一、亞利桑那大學天文學系副教授、副主任範曉輝(Xiaohui Fan,音譯)表示,「這告訴你,無論你做什麼,這個黑洞的種子一定是由不同的機制形成的。」 這些天文學家推測,這顆古老黑洞為了迅速成長並達到目前所觀測到的質量,必然曾以數百倍於當前黑洞理論所指的生長速度使自身質量翻番。這個問題讓許多天文學家感到困惑,還不知該如何準確地解釋這一機制。

發表在《天體物理學雜誌快報》上的這項研究說,類星體J0313-1806中心的黑洞每年吞噬消化相當於25個太陽,「這被認為是其高速熱等離子體風以相對論速度吹向周圍星系的主要原因。」然而,該星系每年產生超過200個太陽質量,這使銀河系每年平均產生一個太陽質量相形見絀。

王教授表示:「這是一個相對較高的恆星形成率,類似於在其他類似年齡的類星體中觀察到的,這告訴我們,該宿主星系增長非常快。」範教授補充道:「這些類星體大概還在建造它們的超大質量黑洞的過程中。隨著時間的推移,類星體的流出物加熱並將所有氣體推出星系,然後黑洞就沒有東西可吃了,就會停止生長。這是關於這些迄今為止最古老最遙遠的超大質量黑洞和類星體如何形成的證據。」

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