北京時間 4 月 15 日消息，據(jù)國外媒體報道，在近期的一項研究中，來自丹麥哥本哈根大學等機構的天文學家確定了一個“超大質量黑洞的祖先”，其誕生時間是在 138 億年前的宇宙大爆炸后不久。
此前的模擬研究表明，這樣的物體是存在的，但天文學家表示，這是第一次實質性的發(fā)現(xiàn)。這個遙遠天體的性質介于星系和類星體之間，是天文學家用哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。作為一臺標志性的空間望遠鏡，哈勃望遠鏡于 1990 年發(fā)射之后，已經成為人類天文史上最重要的太空探測儀器。它不受天氣變化和空氣污染的影響，可以比地面上的望遠鏡看得更遠，能更深入地觀察宇宙深處。
在天文學中，“看得更遠”意味著能夠觀察到發(fā)生在宇宙更早期的現(xiàn)象，由這些現(xiàn)象發(fā)出的光和其他類型的輻射會經歷更長時間的傳播，才能被我們探測到。
一個國際天體物理學家團隊發(fā)現(xiàn)的這個物體將兩個罕見的天體群 —— 充斥塵埃的星暴和異常明亮的類星體 —— 聯(lián)系了起來，從而為理解早期宇宙中超大質量黑洞的快速成長提供了新的途徑。
這個新發(fā)現(xiàn)的天體被研究團隊命名為 GNz7q，誕生于宇宙大爆炸后 7.5 億年，而大爆炸通常被認為是目前所知宇宙的開端。宇宙大爆炸發(fā)生在 138 億年前，而 GNz7q 誕生的時期被稱為“宇宙黎明”（Cosmic Dawn）。
▲ 新發(fā)現(xiàn)的物體被研究人員命名為 GNz7q，在這張哈勃-大天文臺溯源深空巡天北天場（Hubble GOODS North）圖像中處于中心位置
GNz7q 的發(fā)現(xiàn)與一種特殊類型的類星體有關?？茖W家認為，類星體是一類極度明亮的活動星系核，而從活動星系核發(fā)出的輻射是由宿主星系中央的超大質量黑洞物質吸積產生的。哈勃太空望遠鏡和其他先進望遠鏡拍攝的圖像顯示，類星體就出現(xiàn)在星系的中心。
GNz7q 的宿主星系是一個恒星形成非常活躍的星系，其孕育恒星的速度比銀河系快 1600 倍。這些恒星反過來會產生并加熱宇宙塵埃，使其發(fā)出紅外輻射；這些輻射極為強烈，以至于 GNz7q 的宿主星系比宇宙黎明時期其他任何已知天體都更加明亮。
近年來，天文學家發(fā)現(xiàn)，明亮的類星體是由超大質量黑洞提供能量的，這些黑洞的質量在太陽質量的數(shù)百萬倍到數(shù)百億倍之間，其周圍環(huán)繞著大量氣體。當氣體落向黑洞時，會因為摩擦力而導致升溫，從而產生強烈的發(fā)光效應。
理解超大質量黑洞如何在早期宇宙中形成和成長，已經成為一個重大的謎題。理論學家曾預測，這些黑洞會經歷一個快速成長的早期階段：一個由塵埃紅化的致密物體從一個被塵埃遮蔽的星暴星系中顯露出來，然后通過驅逐周圍的氣體和塵埃，逐漸成為一個不被遮蔽的發(fā)光致密物體。
盡管已有研究發(fā)現(xiàn)明亮的類星體存在于宇宙的最初階段，但在類似的時期卻沒有發(fā)現(xiàn)黑洞及其星暴宿主快速成長的過渡階段。此外，已觀測到的 GNz7q 特征與理論模擬非常吻合，表明這是充滿塵埃的恒星核心向黑洞轉變并快速成長的第一個例子，這個物體是后來超大質量黑洞的祖先。
有趣的是，GNz7q 是在一個被廣泛研究的天空區(qū)域的中心被發(fā)現(xiàn)的，這個區(qū)域被稱為“哈勃-大天文臺溯源深空巡天北天場”（Hubble GOODS North）。這表明，重大發(fā)現(xiàn)往往就隱藏在你的面前。
目前，研究小組希望在美國國家航空航天局（NASA）新發(fā)射的詹姆斯?韋伯太空望遠鏡的幫助下，尋找類似 GNz7q 的物體。借助詹姆斯?韋伯望遠鏡，科學家有可能完全確定這些物體的特征，并更詳細地探索它們的演變和潛在的物理現(xiàn)象。一旦進入常規(guī)運行狀態(tài)，詹姆斯?韋伯望遠鏡將有能力取得決定性的探測結果，確定這些快速成長的黑洞究竟有多普遍。
擁有強大引力的黑洞
黑洞密度如此之大，它們的引力如此之強，以至于任何形式的輻射（包括光）都無法逃脫。在宇宙中，黑洞是強大的引力源，可以將周圍的塵埃和氣體吸走。天文學家認為，黑洞強大的引力維系了星系中恒星運行的軌道。
黑洞是如何形成的，我們仍然知之甚少。天文學家認為，它們最早可能是由一團比太陽大 10 萬倍的巨大氣體云坍縮而形成的黑洞“種子”。許多這樣的“種子”會合并形成更大的超大質量黑洞。在每個已知的大質量星系的中心，天文學家都發(fā)現(xiàn)了超大質量黑洞的存在。
另一種說法是，超大質量黑洞的“種子”可能來自一顆巨大的恒星，其質量大約是太陽的 100 倍，在耗盡燃料并坍塌后最終形成一個黑洞。當這些巨型恒星死亡時，它們也可能變成“超新星”，這是一場巨大的爆炸，會將恒星外層的物質拋射到深空。
什么是類星體？
類星體（Quasar）是“類恒星射電源”（quasi-stellar radio source）的縮寫，描述的是明亮的活動星系核。所有已知星系的中心都有一個超大質量黑洞。當流入黑洞的氣體和塵埃達到一定水平時，就可能導致“類星體”的形成：在黑洞的強大引力作用下，其附近的塵埃、氣體和一部分恒星物質圍繞在黑洞周圍，形成高速旋轉的巨大吸積盤；當吸積盤內側物質落入黑洞時，能量就會以電磁輻射的形式釋放出來，光度可以達到普通星系（如銀河系）的數(shù)千倍。
類星體通常有 3260 光年寬，但平均只存在 1000 萬年到 1 億年，這使得它們在幾十億年的星系中相對難以被發(fā)現(xiàn)?？焖傩D的吸積盤噴射出的粒子會以接近光速的速度向外移動，驅動著這些高能“引擎”發(fā)出極度明亮的光和無線電波。
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