韋伯太空望遠鏡發現有史以來最古老、最遙遠的黑洞

2024-06-29科學

#流量變現來齊家#占士韋伯望遠鏡發現迄今為止最古老最遙遠的黑洞-爆炸後超大黑洞存在無限迅速增長了4000億年

占士韋伯太空望遠鏡哈伯太空望遠鏡觀測到的星系GN-z11，以及餵養黑洞的插圖（插圖）。（圖片來源：NMASA,ESA,P.Qesch,(耶魯大學）,G.Brammer(SISC),P。

van Dokkum（耶魯大學）和G.Illingworth（加州大學聖克魯茲分校）（插圖）Robert Lea一個天文學家團隊使用占士韋伯太空望遠鏡（JWST）發現了有史以來最遙遠和最古老的黑洞，因為它正在吞噬其宿主星系。這一發現可能是理解超大質素黑洞如何在宇宙早期達到相當於太陽質素數百萬億倍的巨大進步。

黑洞位於遠古星系GN-z11中，距離地球134億光年，大爆炸後僅4億年。它本身的質素大約是太陽的600萬倍，並且似乎比目前理論認為的極限更快五倍。劍橋大學物理系和團隊負責人羅伯托·馬奧利諾（Roberto Maiolino）在一份聲明中稱，這一發現是黑洞科學的「巨大飛躍」。「在宇宙中看到如此巨大的黑洞還很早，所以我們必須考慮它們可能形成的其他方式，」Maiolino在聲明中說。「非常早期的星系非常富含氣體，所以它們就像黑洞的自助餐。

超大質素黑洞暴食者？

占士韋伯太空望遠鏡宇宙年齡小於10億年時形成的早期超大質素黑洞的大小對於形成理論來說是一個問題，因為要達到太陽質素的數百萬或數十億倍，需要數十億年的不斷餵養。「這就像看到一個家庭走在街上，他們有兩個六英尺高的青少年，但他們也有一個六英尺高的幼兒。梅努斯大學的研究員約翰·列根沒有參與這項研究，他告訴太空人。

com參考之前的發現。「這有點問題；孩子怎麽會長這麽高？宇宙中的超大質素黑洞也是如此。他們怎麽會這麽快就這麽大？「科學家目前有兩條主要路線可以讓黑洞在早期宇宙中達到超大質素狀態。它們可能是小黑洞種子，是在大質素恒星生命結束時塌縮並在數百萬或數十億年後產生的，或者它們可以完全跳過這個階段。如果大量的冷氣體和塵埃雲塌縮，立即形成質素是太陽數百萬倍的「重黑洞種子」，就可能發生這種情況。這樣，這個過程就可以在數百萬或數十億年的恒星演化中快速前進，在幫助黑洞種子成長為超大質素黑洞的餵養和合並過程中取得領先。這個新的古老黑洞的發現是太陽質素的幾百萬倍。

占士韋伯太空望遠鏡事件視界望遠鏡是一個由八個地面射電望遠鏡組成的行星尺度陣列，透過國際合作打造，捕捉到了M87星系中心超大質素黑洞及其陰影的這張影像。（圖片來源：EHT Collaboration）

然而，另一方面，GN-z11中的黑洞吸積物質的速度可能表明，黑洞可能能夠比在早期宇宙中發現的其他黑洞更快地進食。這將是小黑洞種子理論的一條腿。一個被稱為愛丁頓極限的數學公式標記了一個物體，像恒星一樣，在沒有輻射的情況下（其光度）將質素推開，從而切斷食物供應的情況下，可以多快地積累質素。

雖然黑洞不會發光，因為它們會被稱為事件視界的光捕獲邊界所包圍，但它們巨大的重力影響確實會導致圍繞它們旋轉的物質被劇烈攪動和加熱，在此過程中發出輻射。黑洞進給得越快，來自該區域的光線就越強烈，稱為活動星系核（AGN）。因此，愛丁頓極限適用於這個區域，它可以類似地將物質推開並切斷黑洞的瘋狂進食。這個新發現的黑洞正以比愛丁頓極限高五倍的速度從其宿主星系吸收物質。所謂的「超級愛丁頓吸積」時期可能會發生，但會在有限的時間內發生。

占士韋伯太空望遠鏡他的研究小組估計，如果這段對這個缺乏洞的貪婪進食的時期已經持續了一億年，它可能不需要以沈重的黑洞種子的形式開始生命。它可能是由大爆炸後大約2.5億到3.7億年之間的一個更輕的恒星質素黑洞種子形成的，並迅速增長到JWST在1340萬年前觀察到的質素。

餵養黑洞可能淪陷其宿主星系

團隊相當肯定的一件事是，這個黑洞的密集餵養負責GN-z11本身，它比銀河系小大約100倍，並且非常明亮。但貪吃的黑洞也可能阻礙其宿主星系的生長。從餵養黑洞周圍噴出的超快粒子風很可能會將星系中心的氣體和塵埃推開。寒冷的氣體和塵埃雲塌縮到誕生恒星，所以這意味著黑洞正在碾磨恒星的誕生停止，在這個過程中「殺死」這個小星系的生長。除了了解更多關於這個黑洞及其星系的資訊，這項研究背後的團隊認為，JWST的力量應該有助於發現更多早期宇宙中的黑洞。特別是，他們的目標是在宇宙的嬰兒期發現小黑洞種子，並結束圍繞超大質素黑洞過早生長的辯論。