天文学家利用韦伯太空望远镜(JWST)发现迄今最遥远、最古老黑洞,大爆炸后仅 4 亿年就存在的它正在大口吞噬宿主星系,可帮助我们理解超大质量黑洞如何迅速增长。
该黑洞质量约太阳 160 万倍,位于古老星系 GN-z11 中,距离我们 134 亿光年,从周围星系吸取物质的速度似乎比目前理论极限快 5 倍。
在宇宙年龄不到 10 亿年内形成的超大质量黑洞无法以现有吸积理论解释,正常来说,一个黑洞质量要达到太阳质量数百万甚至数十亿倍需持续进食数十亿年,所以当天文学家在早期宇宙看到超大质量黑洞,感觉就像在路上看到一个 180 厘米高的幼童,这些黑洞到底吃什么长大的?
哈伯望远镜拍摄的古老星系 GN-z11。(Source:NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), Public domain, via Wikimedia Commons)
促成早期宇宙超大质量黑洞形成的主要路线之一,可能是巨大冷气体和尘埃云塌陷立即形成质量达太阳数百万倍的大黑洞种子,快速推进原本需经历数百万~数十亿年的演化过程。
但新发现的黑洞吸积物质速度可能指向另一条主要路线,即早期宇宙有些黑洞吸积速度比其他黑洞快非常多,如果这个黑洞贪婪进食约 1 亿年,就不必以巨大黑洞种子形式亮相,它最初可能是大爆炸后约 2.5~3.7 亿年诞生的一个小型恒星质量黑洞,然后以“超级爱丁顿吸积”模式迅速增长到韦伯望远镜观测到的质量。
能确定的是,黑洞周围喷出的超快粒子风正将星系中心气体尘埃吹走,代表黑洞正使星系内停止诞生恒星,并在此过程“杀死”这个小星系。
韦伯望远镜未来几年或许会找到更多来自早期宇宙、与 GN-z11 中心类似的黑洞,进一步揭示黑洞如何形成和生长。新论文发表在《自然》期刊。