科學家發現迄今最遙遠黑洞幾乎和宇宙同齡
【大紀元2023年11月10日訊】（大紀元記者林達編譯報導）天文學家稱，他們剛剛發現了迄今為止最遙遠的超大質量黑洞。這是在「宇宙放大鏡」或「引力透鏡」的協助下觀測到的。當一個巨大的天體在其附近產生很大的時空曲率時，就會發生這種情況，這樣它周圍的光線就會彎曲。新發現為弄明白早期宇宙提供了有用的信息。
該黑洞位於星系團Abell 2744方向的UHZ1星系中。該星系團的年齡約為132億年。研究團隊利用美國宇航局（NASA）錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）來共同尋找正在增長的黑洞的明顯特徵。黑洞在宇宙大爆炸後4.7億年才開始形成，而4.7億年約為宇宙137億歲的3%。該星系距離地球132億光年，比星團本身的距離還要遙遠。
天文學家可以看出這個黑洞是如此年輕，因其是如此巨大，而黑洞則隨著時間的推移而蒸發。據NASA稱，星系中心大多數黑洞的質量約為其宿主星系中恆星總質量的十分之一。這個早期黑洞正在不斷增大，其質量與我們的銀河系的總質量相當。天文學家以前從未目睹過處於這個階段的黑洞，研究它可以幫助解釋宇宙中第一個超大質量黑洞是如何形成的。11月6日發表在《自然·天文學》（Nature Astronomy）雜誌上的論文詳細介紹了這些發現。
研究合著者、天文學家阿科斯·博格丹（Akos Bogdan ）在一份聲明中表示：「我們需要韋伯望遠鏡去尋找這個極其遙遠的星系，錢德拉天文台去尋找其中的超大質量黑洞。」博格丹隸屬於馬薩諸塞州劍橋市的哈佛-史密森天體物理學中心。
「我們還利用宇宙放大鏡來增強檢測到的光量，」博格丹補充道。這種放大效應被稱為引力透鏡。該團隊在錢德拉天文台進行了為期兩周的X射線觀察。他們從星系中看到了強烈的X射線在發射氣體——超大質量黑洞的標誌。來自星系的光和來自超大質量黑洞周圍氣體的X射線被來自星系團的熱氣體和暗物質放大。這種效應就像一個「宇宙放大鏡」，它增強了JWST探測到的紅外光信號，使錢德拉能夠看到微弱的X射線源。
「黑洞一旦形成，其生長速度就受到物理限制，但那些天生質量更大的黑洞則占了先機。這就像種植一棵樹苗一樣，樹苗不要多久就能長成一棵大樹，這比種下一棵樹的種子要快很多，」研究合著者、普林斯頓大學天文學家安迪·古爾丁（Andy Goulding）在一份聲明中說。
觀察這一現象能幫天文學家回答為什麼一些超大質量黑洞在大爆炸後很快就能積累巨大的質量。關於這些超大質量黑洞的起源有兩種相反的理論——「輕種子理論」和「重種子理論」。前者認為，一顆恆星會坍縮成黑洞，然後隨著時間的推移成長為超大質量黑洞；而後者則認為，一個巨大的氣體雲（而非單個恆星）坍縮並凝結形成超大質量黑洞。這個新發現的黑洞可以證實後者，即「重種子理論」。
研究合著者、耶魯大學理論天體物理學家普里亞姆瓦達·納塔拉詹（Priyamvada Natarajan）在一份聲明中表示：「我們認為這是首次發現超大黑洞，也是截止目前獲得的最好證據，表明一些黑洞是由巨大的氣體雲所形成的。我們第一次看到一個短暫的階段，其中一個超大質量黑洞在縮小之前其重量等同於其所在星系中的所有恆星。」
該團隊計劃利用這些數據以及來自韋伯及其它太空望遠鏡的更多數據來更好地了解早期宇宙。
責任編輯：葉紫微
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