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揭开早期超大质量黑洞形成谜团,发现包围类星体的大量冷气体

2024-11-05 202


当宇宙还只是个婴儿时,科学家却已目睹数个超大质量黑洞的形成,奇怪的是还找不到让黑洞成长茁壮的证据。直到最近,甚大望远镜(VLT)终于发现了喂养这些黑洞的大量“食物”,可以解释宇宙巨兽如何在早期宇宙中迅速成长。

宇宙如今年龄约 138 亿岁,换句话说当宇宙诞生还不到 10 亿年时,就好比一个正在蹒跚学步的婴儿,孕育的恒星、星系数量远不及当今壮观。然而令人不解的是,天文学家发现当宇宙还只是幼儿时,就已经孕育出数个质量达太阳数十亿倍的超大质量黑洞,堪称宇宙学中最大谜团。

我们知道黑洞靠吸取周遭气体与尘埃逐年缓慢增长,因此早期宇宙应该存在大量供黑洞吸积的气体与尘埃,然而事实是:天文学家始终找不到支撑早期超大质量黑洞形成的有力证据,这些黑洞仿佛凭空出现在观测视野内。

更复杂的是,先前阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)的观测表明,虽然早期宇宙的星系中存在大量尘埃与气体,但这些气体只够助长恒星快速形成,剩下的几乎不够喂食黑洞。种种谜团导致天文学家在描绘 120 亿年前的宇宙结构时,仿佛有一道说不清道不楚的帘挡着。

为解决早期宇宙的超大质量黑洞从何而来,由德国马克斯·普朗克天文学研究所天文学家 Emanuele Paolo Farina 领导的团队,利用安装在甚大望远镜(VLT)上的多单元探索光谱仪(Multi Unit Spectroscopic Explorer instrument,MUSE),观察距今约 125 亿年前(宇宙仅 8.7 亿岁)就出现的 31 个类星体。

类星体为极度明亮的活跃星系核,一般就是指超大质量黑洞。而天文学家这次的观测结果惊讶发现,其中 12 个类星体居然被巨大的气体层给包围,既冷又浓的氢气气体晕从中央黑洞向外延伸 10 万光年,质量高达太阳数十亿倍,见下方模拟影片。

研究人员进一步表示,这些气体晕与星系紧密相连,足以维持旺盛的恒星形成、又能为超大质量黑洞提供充足“食物”,多亏多单元探索光谱仪的超高灵敏度,天文学家终于揭开早期宇宙中超大质量黑洞的食物藏匿处。

团队表示,欧洲南方天文台未来的欧洲极大望远镜(European Extremely Large Telescope,E-ELT)比甚大望远镜还强大,将能揭开大爆炸后 20 亿年内的更多细节,也许天文学家能找到更多气体星云的躲藏处。

新论文发表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

  • ESO Observations Reveal Black Holes’ Breakfast at the Cosmic Dawn
  • Giant Gas ‘Halos’ Fed Hungry Black Holes at the Dawn of the Universe

(首图来源:欧洲南方天文台)

延伸阅读:

  • 新发现早期宇宙一个庞大星系,能解释以往无解的天文疑点
  • 早期宇宙出现一堆超大质量黑洞不合理,新理论:可能大量气体云直接塌缩
  • 早期宇宙更多质量巨兽现身,科学家一举找出 83 个超大质量黑洞
2019-12-25 07:58:00

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