科學家揭曉距地球130億光年超大質量黑洞“變大”成因

每個星系的中心都有一個超大質量的黑洞，它是保持周圍恒星、行星、氣體以及塵埃凝聚在一起的怪獸。從天文學家開始認真研究它們以來的幾十年中，我們已經證實了這些天體確實存在于宇宙中。

我們也已知道它們是恒星形成不可或缺的一部分;而且我們還開發了一種能直接對它們成像的技術。但是，讓天文學家們始終感到困惑的是：這些野獸是如何變得如此龐大，又如何能夠如此迅速地生長的？

答案的關鍵可能在于天體射流--超大質量黑洞有時會散發出充滿能量的粒子或爆發出輻射。我們不知道這些黑洞為什么這么做，但是來自同一國際天文學家團隊的兩項新的破紀錄研究表明，無論原因如何，這些噴射流都可能有助于超大質量黑洞快速生長。

《天體物理學雜志》報道的第一項發現是一個距地球130億光年的、質量為太陽300倍的超大質量黑洞。天文學家使用智利拉斯坎帕納斯天文臺麥哲倫望遠鏡的紅外觀測，確認了它是2015年首次發現的噴射流的源頭。這個超大質量黑洞是有史以來檢測到的最遙遠（即最古老）的能產生噴射流的黑洞。

第二項發現即將在《天體物理學雜志》上的預印本研究報告中發表，該研究顯示，天文學家們于2018年首次從一個超大質量黑洞中探索到天體物理噴射流，該黑洞距離地球有127億光年，比太陽重十億倍。該團隊使用了NASA的錢德勒X射線天文臺進行觀測，并從宇宙中高熱量的物體中尋找X射線輻射。據悉，這是人類有史以來在X射線中觀察到的最遙遠的天體物理噴射流。

概括來說，每組發現都打破了一些深奧的天文學記錄，但這并不是它們為什么如此重要的原因。這兩項發現均有助于解釋為什么超大質量黑洞即使不斷釋放高能物質也能夠如此迅速地生長?？梢哉f，天文學家團隊的發現首次證明了此類噴射流實際上是在激勵黑洞的快速進給。

在麥哲倫確認黑洞的存在之后，研究小組在第一次調查中使用了其他儀器（例如智利的甚大望遠鏡）來識別黑洞及其射流的其他特性比如質量。

還有一些數據顯示了噴射流如何激勵黑洞的供給，事實上黑洞的強大引力會將大量的氣體和塵埃拉入其事件視界（無法返回的點）。由于該物質具有角動量，這意味著它并不只是直接進入，而是會繞事件視界的軌道旋轉。同時，該區域中的輻射壓力（由軌道內物質自身的摩擦和壓力所產生，該物質會加熱自身直至發光）會將氣體推離事件視界。

這是一個復雜的過程， 但是從本質上講，高能粒子的噴射流束隨著氣體向外移動而抵消了氣體的角動量。而且，與輻射壓力能向各個方向發光并向外輻射的特性不同，這種噴射流很窄，因此它幾乎無法與較遠的不密集氣體層相互作用并對其產生影響。這些噴射流通過使氣體失去角動量、且幾乎不進行推回的方式，讓事件視界周圍的許多氣體直接落入其中。

通過這種方式，噴射流可以確保黑洞不會主動對其自身起作用—從而能夠繼續進行供給，美國宇航局天文學家，兩篇論文的合著者托馬斯·康納說，盡管科學家們認為這些噴射流可能在鼓勵黑洞供給的過程中發揮了作用，但直到現在我們還沒有看到真正能令人信服的證據。

X射線研究為這個想法提供了證據。這些觀察結果表明，這個噴射流距離其源頭已經行進了15萬光年，這使得它成為我們對遠距離噴射流首次進行的X射線觀察：以往所觀察到的噴射流只有幾千光年。

康納說：“這種大規模的X射線檢測意味著這些噴射流已經行進了非常久?！边@不是一種短暫現象，而是一種可以維持數十萬年的常態，這足以幫助一個超大質量的黑洞供給自己以非常迅速地生長。他說：“我們現在知道這是一個長期的過程，這就是這些噴射流如何能夠幫助這些超大質量黑洞形成的方式 ......”

兩項研究都為后續的發現奠定了基礎，它們可以幫助我們更多地了解超大質量黑洞是如何演化并幫助塑造早期宇宙的?，F在，我們對于如何能夠尋找如此古老的黑洞有了更好的想法，并且更深切地感受到了更多的X射線觀察對于學習噴射流補給動力的工作原理是至關重要的。

對于康納來說，這些額外的觀察將是關鍵。在重大發現后， 他感到非常鼓舞。他說：“希望這項發現能夠指出宇宙中還有很多這樣的物體存在，希望我們能盡快再次打破研究記錄。”