超大黑洞現身宇宙破曉之時

文/Mary Beth Griggs

很久很久以前，發生過一場大爆炸，創造出了宇宙和宇宙里的一切。此后長達數億年的時間里，所有東西都被黑暗所籠罩。然后，光出現了，恒星、氣體和星系全都開始發亮了。

在宇宙最初的破曉時分，那些最明亮的光源里，有一個光源的核心處藏著一個饑渴的黑洞。這個黑洞的質量超過8億顆太陽，出現在大爆炸后僅6.9億年時，當時的宇宙仍是一個嬰兒。

在《自然》雜志上，愛德華多·巴尼亞多斯（Eduardo Baados）等人宣布發現了這個黑洞，J1342+0928以及與它共生的明亮類星體。這些天文學家在尋找宇宙早期存在黑洞的證據，但他們仍然被這顆黑洞超大的尺寸給驚到了。

黑洞是宇宙中那些引力強大到沒有任何東西能夠從中逃脫的特殊區域。石頭逃不掉，氣體逃不掉，連光都逃不掉。在大黑洞的附近，物質盤旋在黑洞周圍形成所謂的吸積盤。盤中的物質以每秒上萬公里的速度繞著黑洞旋轉，那些塵埃和氣體就好像坐在通往末日的瘋狂旋轉木馬上，相互之間發生的摩擦能夠產生大量的熱量。

這些物質本身都會盤旋著落入黑洞，再也不會被人看見，但它們摩肩接踵釋放的能量卻以明亮的光和熱的形式輻射到宇宙中。這些光使得巴尼亞多斯及其同事能夠發現那個類星體，并利用這些光估算出了J1342+0928驚人的質量。

巴尼亞多斯說，一個典型的黑洞，形成于恒星的坍縮，質量應該是太陽的50倍-100倍。“就算你讓它自由成長，從周邊環境中汲取氣體之類的物質喂給它吃，讓它就這樣成長6.9億年的時間，你也不可能養出這么大的一個超大質量黑洞。”

想要弄清楚這個黑洞何以如此迅速地長到這么巨大，巴尼亞多斯這樣的觀測天文學家必須同理論天文學家和天體物理學家合作。在這個過程中，他們還考慮了稍微寬泛一些的問題，比如宇宙中所有一切的演化。巴尼亞多斯說，“這個天體十分遙遠，而且極其明亮，為研究早期宇宙提供了一個天然的實驗室。”

在已被發現的最遙遠類星體中，大約有半數是由巴尼亞多斯發現的，但這個類星體，雖然并不是質量最大的，卻是所有類星體中距離最遠的。由于光也需要時間來傳播，因此一個天體距離越遠，我們觀測它時看到的宇宙就越早。如此看來，這個天體來自于宇宙的極早期，沒有任何其他科學家曾經觀測過宇宙的那一階段。

“這個紀錄是很棒，但我們并不是為了創造記錄才來作這項研究的，”巴尼亞多斯說，“這個類體星顯得非常成熟，如果它是宇宙里最早形成的類星體，那么我會非常非常驚訝。我希望我們或者其他人很快就能打破這一紀錄。”

這個類星體非常明亮，以至于它的亮度完全蓋過了它所在的星系，要比整個星系還要明亮超過1000倍。這并不是因為星系本身太過暗淡。巴尼亞多斯還與其他科學家合作，在《天文物理期刊通 訊》（The Astrophysical JournalLetters）上發表了另一篇論文，專注于這個大黑洞所處的那個星系。他們發現，這個星系里充斥著星際塵埃，每年可以產生相當于100倍太陽質量的新恒星。相比之下，我們的銀河系每年只能產生1倍太陽質量的新恒星。

他們還對這個黑洞周邊的空間區域進行了研究，發現其中有一半充斥著未被電離的氫（正是這種物質阻擋了光的傳播，使得宇宙在最初幾億年里陷入一片黑暗），另一半充斥著電離態的氫。這意味著，這個黑洞可能正好處在一個過渡時期，宇宙正從中性氫為主的階段向電離氫為主的階段轉變。

“這個過程如何發生，何時發生，對于后來的宇宙如何演化有著深遠的影響。”巴尼亞多斯說，“不過，我們還需要去搜尋更遠更多的天體，來嘗試重復這一觀測。”

幸運的是，現在有了更好的機會去深入觀察早期宇宙的演化。2018年，巴尼亞多斯和世界各地的其他科學家將使用不同的望遠鏡來更全面地觀察這個天體，同時在夜空中尋找其他來自宇宙早期的黑洞。

“我們是非常幸運的一代，”巴尼亞多斯說，“我們是第一批人類，擁有技術能夠研究宇宙中形成的第一批星系和黑洞的細節。如果這都不夠讓人著迷，我就不知道什么才能讓人著迷了。”