130億光年外,中國科學家發現一超級黑洞,質量達太陽16億倍

在130億光年外,一個超大質量黑洞的發現再一次挑戰了人類的黑洞和星系形成模型,讓科學家們陷入了困境。

最古老的類星體

這個黑洞的名字叫做J0313-1806,屬於一個

類星體

。類星體是在上個世紀60年代被發現的一種非常恐怖的天體,它們的亮度非常驚人,甚至可以超過整個星系。科學家分析後認為,類星體的本質就是在瘋狂吞噬物質的超大質量黑洞。

類星體的紅移值也非常驚人,意味著它們距離我們普遍有幾十億甚至一百億光年之遙

在此之前,科學家們發現的最遙遠類星體叫做J1342+0928。而憑藉著

阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡

(ALMA)的深入觀測,科學家測算出新發現的類星體J0313-1806比它還要遠了2000萬光年,成為了迄今為止人類已知最遙遠的類星體。

亞利桑那大學Steward天文臺的天文學家王飛格領導了本次觀測,他們發現這個類星體和我們的距離超過了130億光年。在這個遙遠的距離下,即使是利用世界上幾臺最強大的望遠鏡,也只能看見一個紅外光點。

130億光年外,中國科學家發現一超級黑洞,質量達太陽16億倍

(圖片說明:本次研究的第一作者王飛格)

和其他的類星體一樣,J1342+0928也是一個瘋狂吞噬的宇宙巨獸。觀測結果表明,

它平均每一年就要吞噬超過25個太陽質量的物質,這使得它已經擁有了超過太陽16億倍的恐怖質量!

正是在這麼恐怖的吸積速度下,大量物質落入黑洞的過程中能量升高,最終發出了宇宙中最耀眼的光芒。與此同時,

在它的兩側還有極其強大的相對論性噴流,大量物質以光速20%的速度噴射到宇宙空間

,十分壯觀。

這樣的場景,我們也不是第一次描述了。真正令科學家們震驚的,是它的年齡。

黑洞形成模型的挑戰

我們知道,光年的定義決定了我們觀測到多少光年以外的天體就意味著我們看到的是它在多少年前的模樣。換言之,

我們今天觀測到的J1342+0928,其實是它在宇宙大爆炸的僅僅6.7億年後的狀態

。此前的紀錄保持者J1342+0928在大爆炸後6。9億年就擁有了8億倍太陽質量,足夠令人震驚,而J0313-1806在它2000萬年前就獲得了兩倍的質量,令人匪夷所思。

數字本身只能吸引我們口中的感慨,其形成過程才是令人燒腦的問題。算一算吧,就算它在宇宙大爆炸後1億年就形成了,那麼根據現有的模型來分析,它最初要具備10000倍以上的太陽質量才能夠成長到如此巨大,這是幾乎不可能的,因為那個時候宇宙連恆星都沒有多少。

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目前來說,關於宇宙早期的超大質量黑洞形成,科學家提出過兩種理論:

超大質量黑洞的起點很小,它是透過不斷的吸積過程成長到現在這麼大的;

超大質量黑洞不僅僅依靠吸積,而是透過緻密星團的直接坍縮而形成。

不過,這兩個理論即使勉強能解釋J1342+0928,但面對J0313-1806時就顯得束手無策了。那麼,科學家就真的沒有辦法了嗎?

不,科學家們的手裡,還有第三個模型。

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亞利桑那大學的天文學家樊曉暉介紹道:“這意味著,不論你信不信,這個黑洞的起點勢必是利用一個完全不同的機制而開始的。在這個情況下,就要考慮到超大質量原初低溫氫氣直接坍縮成為一個黑洞種子的理論。”

恆星的製造者

大家普遍認為黑洞就是宇宙的吞噬者,這一點並非不對,但它同時也會製造天體。

宇宙中的星系幾乎都有一個超大質量黑洞在核心,科學家認為,正是這些黑洞造就了宇宙的星系

J0313-1806也不例外,據觀測,它每年可以製造大約200顆恆星,使它成為了一個所謂的星爆星系。即使是對J0313-1806這麼巨大的黑洞來說,也不可能永遠支援恆星如此高速的形成,這也是決定了一個星系能夠成長到多大的重要因素。

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另外,J0313-1806在瘋狂吞噬的同時,它的吸積盤還會向外噴射出極高溫的等離子體。這樣的類星體風會將星系內的氣體推到遠處,從而降低恆星的形成速率,以至於最終熄滅。

樊曉暉說:“我們認為,那些超大質量黑洞正是終止那些巨大星系的恆星形成的原因。我們此前在紅移值比較低的情況下已經觀測過這樣的情況,不過直到現在,我們仍不知道這樣的熄滅過程在多早的宇宙歷史中就開始上演了。而這個類星體是現在最早的證據,證明熄滅的過程在很早就已經開始出現了。”

王飛格也表示:“這是超大質量黑洞透過怎樣的方式來影響其宿主星系的最早證據,透過對較近的星系的觀測,我們知道這個現象一定會發生,但此前從未在如此早期的宇宙中觀測到。”

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最終,超大質量黑洞周圍的物質不是被吞噬就是被吹散,成為了一片宇宙荒漠。至此,耀眼奪目的黑洞將會停止瘋狂的吞噬,歸於沉寂。也就是說,雖然在130多億年前J0313-1806就已經達到16億倍太陽質量了,但它不可能一直保持這樣瘋狂的成長速度,如今可能已經一片漆黑了。

不管怎麼說,像J0313-1806這樣的類星體在突破人類認知、挑戰現有模型的同時,也是我們發現新理論的重要參考。隨著人類觀測裝置的不斷升級,我們也將可以觀測到更多的類星體,甚至很可能在未來打破J0313-1806的紀錄,那絕對是好訊息。

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在最後,王飛格指出:“未來的觀測能夠幫助我們破解更多類星體的細節,藉此展現其流出結構以及類星體風能夠延伸到星系多遠的位置,這將會給我們判斷其所處的演化階段提供更好的參考。”

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