利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和錢卓拉X射線天文臺的資料，天文學家發現一個位於宇宙大霹靂後僅15億年形成的星系中心的超大質量黑洞，正以驚人的速度吞噬物質，速率超過理論上限的40倍。雖然這種吞噬行為持續時間相對較短，但這個黑洞的「盛宴」有助於天文學家解開早期宇宙中超大質量黑洞快速成長的謎團。
超大質量黑洞存在於大多數星系的中心，且在宇宙演化的早期階段已經被觀測到。然而，理解這些黑洞如何如此迅速地增長一直是天文學的難題。如今，隨著發現這顆在宇宙大霹靂後僅15億年便快速吞噬物質的超大質量黑洞，天文學家獲得了早期宇宙中快速增長黑洞的重要新見解。
圖說：這張藝術想像圖展示了一個紅色的早期宇宙矮星系，中央擁有一個正在迅速吞噬物質的黑洞。Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
此次發現的黑洞，編號為LID-568，是從錢卓拉X射線天文臺深空場星系樣本中脫穎而出的，它因強烈的X射線輻射而顯得特別明亮。但與其他樣本相同，它在可見光和近紅外波段幾乎不可見。只有韋伯的超高紅外靈敏度才能檢測到這些微弱的輻射，否則此黑洞的存在無法被確認。韋伯太空望遠鏡使得團隊得以全面觀測目標及其周邊區域，並意外發現了環繞該黑洞的強大氣體外流。根據這些氣體外流的速度和範圍，推斷LID-568的大部分質量增長可能來自一次快速吸積事件。令人震驚的是，該黑洞正以超過40倍的愛丁頓極限速率吞噬物質。愛丁頓極限描述了黑洞的最大亮度及吸收物質的最高速率，使黑洞的引力與輻射壓力達到平衡。當吸積速率達到一定程度時，輻射壓會阻止物質進一步下落。
研究表明，LID-568黑洞正在享受一場「盛宴」，而氣體外流可能作為過剩能量的「釋壓閥」，以防止系統過度不穩定。這種超過愛丁頓極限的極端案例顯示，快速吸積機制可能解釋了早期宇宙中為何能觀測到這些極大質量的黑洞，同時也為超大質量黑洞從較小「種子」而來的成長過程提供了新見解。團隊計劃使用韋伯望遠鏡進行後續觀測，以進一步探究其中的機制。LID-568的研究結果已發表在《Nature Astronomy》（Suh et al. 2024）。（編譯 / 段皓元）
資料來源：NOIRLab
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