古代黑洞的增長速度比預期快 13 倍，打破了物理定律
日本天文學家在早期宇宙中發現了一個非凡的超大質量黑洞，它正在以幾乎不可能的速度增長，同時產生強烈的 X 射線和無線電發射。日本早稻田大學和東北大學的科學家們的這一發現挑戰了長期存在的理論，並表明人們對年輕宇宙中運行的關鍵物理過程仍然知之甚少。研究小組利用斯巴魯望遠鏡的觀測結果發現了遙遠的類星體，這是一個活躍的超大質量黑洞。它在宇宙年齡不到 15 億年時就存在了。它正在經歷極其快速的吸積，同時在 X 射線中發出明亮的光芒，並從噴射流中產生強烈的無線電發射。這些是許多理論模型不希望共存的特徵。愛丁頓極限超大質量黑洞位於大多數星系的中心，其質量是太陽的數百萬至數十億倍。它們通過從宿主星系吸收周圍的氣體（通常是氫和氦）來生長。當氣體向內盤旋時，它可以為稱為日冕的緻密熱等離子體區域提供動力，該區域會發射 X 射線。此外，一些超大質量黑洞會形成一股流出的物質射流，在無線電波長下強烈發射。然而，如果氣體過快地落向超大質量黑洞，來自氣體的輻射就會開始推回其後面流動的物質。它會導致流速減慢。新發現的天體（紅星）和已知類星體的類星體光度與黑洞質量的關係。圖片來源：日本國家天文台 (NAOJ) 這設定了一個自我調節的愛丁頓極限，本質上是對氣體流入速度的限制。然而，即使愛丁頓極限有時也會被打破，使得質量在較短的宇宙時間尺度內快速積累。在極少數情況下，黑洞被認為會通過所謂的超級愛丁頓吸積暫時超過這一極限，從而使它們能夠在較短的宇宙時間尺度內迅速增加質量。然而，這種極端的增長通常會抑制高能輻射並削弱噴流活動。打破物理定律為了發現這種極端增長是否發生在早期宇宙中，研究小組使用了 Subaru 的近紅外光譜儀 MOIRCS。他們測量了黑洞附近氣體的運動，並根據 Mg II 發射線估計了其質量。 X射線數據顯示，該黑洞正在以大約愛丁頓極限13倍的速度吸積物質，使其成為該質量尺度下已知增長最快的黑洞之一。早稻田大學研究員、該研究的主要作者 Sakiko Obuchi 博士指出：“這一發現可能會讓我們更進一步了解超大質量黑洞如何在早期宇宙中如此迅速地形成。”此外，研究人員觀察到該物體在X射線中發出明亮的光芒，並發射出強烈的無線電波。這是活躍的熱日冕和強大的噴流的明顯證據。目前的超級愛丁頓吸積模型預測，當增長變得如此極端時，這些特徵應該會減弱或消失。早稻田在一份新聞稿中總結道：“我們希望調查異常強烈的 X 射線和無線電發射的動力，以及類似的物體是否隱藏在調查數據中。”研究小組認為，類星體正處於短暫的轉變中，氣體的快速流入將其推到了愛丁頓極限之外，而其 X 射線日冕和射電噴流在消退之前短暫存在。如果得到證實，該觀測結果可以提供早期宇宙中隨時間變化的黑洞生長的快照，這是很難通過觀測捕獲的。它還可能有助於解釋星系的快速增長，因為強大的噴流可以在黑洞極端增長期間塑造恆星的形成。該研究已發表在《天體物理學雜誌》上。
已发布: 2026-01-23 00:05:00
