天文学家认为，在大多数的星系中都隐藏着一个超大质量黑洞。例如，我们所栖息的银河系就是这样，在其中心的黑洞质量约为太阳的400万倍。
关于黑洞，一直有着种种困扰我们的未知谜题，其中一个便是：这些超大质量黑洞究竟是如何形成、以及需要多长的时间才能达到如此巨大的质量的？现在，天文学家在早期宇宙中，发现了一个迄今为止已知的最遥远的超大质量黑洞，它的出现使我们更加的困惑。
○ 新发现的类星体的艺术想象图，其中心为超大质量黑洞，被吸积盘围绕着，并伴随着喷流的出现。 | 图片来源：Robin Dienel
我们之所以会发现这个黑洞是因为它位于一个超级明亮的类星体 J1342 + 0928的中心。类星体是一类离地球最远、能量最高的活动星系核，它之所以能够释放出如此巨大的光芒，是因为中央的超大质量黑洞通过吸积周围的物质，将引力能转化为电磁波释放出来。计算表明，由于黑洞附近的引力如此之强，被吸积物质的静止能量（E=mc²）的10%以上可被转化为电磁波辐射出来，远大于氢聚变成氦的所释放出的能量（△E=0.007mc²）。
因此，通过观察遥远类星体J1342 + 0928的亮度，我们可以计算出它所包含的黑洞的质量，得出的结果为8亿倍的太阳质量！这简直就是黑洞中的哥利亚。不仅如此，天文学家观测到该类星体的红移为7.54，意味着我们探测到的光线是来自宇宙大爆炸后的6.9亿年（仅为目前宇宙年龄的5%）。这是宇宙历史中非常关键的一个时期。它的发现或许可以帮助我们揭开第一批恒星的形成之谜。
○ 新发现的超大质量黑洞 J1342+0928 （黄色星星），要比先前观测到的（黄色点点）更加遥远。 | 图片来源：Jinyi Yang/Reidar Hahn/M.Newhouse
在大爆炸后，宇宙充满了炽热的高能粒子。随着宇宙快速的膨胀，这些粒子逐渐的冷却并凝聚成中性氢气，那个时期被称为黑暗时期。最终，在引力的作用下，物质凝聚形成第一批恒星和星系，产生了组成光的粒子——光子。由于越来越多的恒星在宇宙中被点亮，它们辐射出的光子与中性氢反应，将气体离子化，使宇宙迎来了再电离时期。
天文学家推断，这个新发现的类星体便存在于这个重大的转变时期。他们利用一个叫做FIRE的分光仪进行分析后发现，有一大部分围绕在该类星体周围的氢气均为中性。因此他们推断，该类星体被发现的时期，宇宙正好处于一半中性和一半电离。基于这个结论，他们推断第一批恒星应该是在这个时期诞生的。
○ 新发现的类星体被中性氢气围绕，表明它来自宇宙的再电离时期——即第一批恒星被点亮的时期。 | 图片来源：Jinyi Yang/Reidar Hahn/M.Newhouse
然而，我们依旧无法回答——为什么在宇宙如此年轻的时候，就能快速形成如此巨大的黑洞——这一问题。或许你会认为也许它正好处于宇宙中非常致密的区域，在它的周围有很多可以使它更迅速成长的物质。但这个假设还不足以解决这个谜团，因为黑洞吸积物质的速度越快，物质释放出的光芒就越多，从而光压和热压就会把物质推离黑洞。这就是所谓的爱丁顿极限，它给黑洞增长的速度设置了一个上限。要在如此短的时间内形成质量为8亿倍太阳质量的黑洞，它所吸积的物质与这个极限将十分接近。因此，肯定存在着某些其它的机制来解释它的形成，只是我们还不得而知。
另外，我们也不知道，像这样的黑洞在早期的宇宙是否是典型普遍的，还是它本身就是非同寻常的。答案，只有在早期宇宙中找到更多这样的类星体才能揭晓。如果我们能找到，也将帮助我们理解超大质量黑洞和它们的宿主星系是如何形成的。
参考来源：
https://www.nature.com/articles/nature25180
发表于 2017-12-17 07:18
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