天文学家探测到有史以来最古老的黑洞

andyjo

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  黑洞质量是红移（对数尺度）和宇宙年龄的函数。推断为GN-z11的黑洞质量用大的金色符号显示。图片来源：arXiv （2023）。DOI： 10.48550/arxiv.2305.12492

研究人员发现了有史以来观测到的最古老的黑洞，其历史可以追溯到宇宙的黎明，并发现它正在“吃掉”它的宿主星系致死。

这个令人惊讶的巨大黑洞——几百万倍于我们太阳的质量——甚至在宇宙中如此早就存在，这挑战了我们对黑洞如何形成和生长的假设。天文学家认为，在银河系等星系中心发现的超大质量黑洞在数十亿年的时间里发展到现在的大小。但这个新发现的黑洞的大小表明，它们可能以其他方式形成：它们可能“天生大”，或者它们可以以比人们想象的高五倍的速度吃掉物质。

根据标准模型，超大质量黑洞是由死星的残骸形成的，这些残骸坍缩并可能形成一个质量约为太阳质量一百倍的黑洞。如果它以预期的方式增长，这个新发现的黑洞将需要大约十亿年才能增长到其观测到的大小。然而，当这个黑洞被探测到时，宇宙还不到十亿年。

  GN-z11星系，詹姆斯·韦伯太空望远镜在其中心发现了有史以来探测到的最古老的黑洞。

“在宇宙中看到如此巨大的黑洞还为时过早，因此我们必须考虑它们可能形成的其他方式，”来自剑桥卡文迪许实验室和卡夫利宇宙学研究所的Maiolino说。“非常早期的星系非常富含气体，所以它们就像黑洞的自助餐。

像所有黑洞一样，这个年轻的黑洞正在吞噬其宿主星系中的物质以推动其生长。然而，这个古老的黑洞被发现比它的兄弟姐妹更猛烈地吞噬物质。

这个年轻的宿主星系，称为GN-z11，从其中心这样一个充满活力的黑洞中发光。黑洞不能被直接观测到，而是通过在黑洞边缘附近形成的漩涡吸积盘的发光来探测它们。吸积盘中的气体变得非常热，并开始发光并辐射紫外线范围内的能量。这种强烈的光芒是天文学家能够探测黑洞的方式。

  黑洞的第一张图像 - 或者至少是围绕其黑暗的光 - 位于Messier 87星系的中心。

GN-z11是一个致密星系，比银河系小约一百倍，但黑洞可能正在损害其发展。当黑洞消耗过多的气体时，它会像超快的风一样将气体推开。这种“风”可以阻止恒星形成的过程，慢慢地杀死银河系，但它也会杀死黑洞本身，因为它也会切断黑洞的“食物”来源。

Maiolino说，JWST提供的巨大飞跃使他成为职业生涯中最激动人心的时刻。“这是一个新时代：灵敏度的巨大飞跃，尤其是在红外线方面，就像一夜之间从伽利略望远镜升级到现代望远镜一样，”他说。在韦伯上线之前，我想当你超越哈勃太空望远镜所能看到的宇宙时，也许宇宙并不那么有趣。但事实并非如此：宇宙在向我们展示的东西上非常慷慨，而这仅仅是个开始。

Maiolino说，JWST的灵敏度意味着在未来几个月和几年内可能会发现更老的黑洞。Maiolino和他的团队希望利用JWST未来的观测结果，试图找到更小的黑洞“种子”，这可能有助于他们解开黑洞可能形成的不同方式：无论它们开始时是大还是增长快。

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