科學家在早期宇宙中發現了一個巨大的黑洞，它在塞滿太多食物後正在「打盹」。就像一隻熊在冬眠之前狼吞虎嚥地吃鮭魚，或者在聖誕晚餐後急需的小睡一樣，這個黑洞已經吃得太多了，以至於它在宿主星系中處於休眠狀態。
由劍橋大學領導的國際天文學家小組使用 NASA/ESA/CSA 詹姆斯韋伯太空望遠鏡在大爆炸後僅 8 億年的早期宇宙中探測到了這個黑洞。
該黑洞非常巨大，是太陽質量的 4 億倍，使其成為韋伯在宇宙發展過程中發現的最大質量黑洞之一。該黑洞非常巨大，約佔其宿主星系總質量的 40%：相較之下，本地宇宙中的大多數黑洞大約只佔其宿主星系質量的 0.1%。
然而，儘管其尺寸巨大，但這個黑洞正在以非常低的速率（比其理論最大極限低約 100 倍）吞噬或吸積其生長所需的氣體，使其基本上處於休眠狀態。
這樣一個超大質量的黑洞出現在宇宙的早期，但卻沒有成長，對黑洞如何發展的現有模型提出了挑戰。然而，研究人員表示，最有可能的情況是黑洞經歷短暫的超快速成長，然後是長時間的休眠。他們的結果雜誌上報道自然。
當黑洞「打瞌睡」時，它們的亮度要低得多，這使得它們更難被發現，即使使用韋伯等高靈敏度望遠鏡也是如此。黑洞無法直接觀察到，但可以透過在黑洞邊緣附近形成的旋轉吸積盤發出的明顯光來檢測它們。吸積盤中的氣體變得非常熱並開始發光並輻射紫外線範圍內的能量。
「儘管這個黑洞處於休眠狀態，但其巨大的尺寸使我們能夠探測到，」劍橋卡夫利宇宙學研究所的主要作者伊格納斯·尤茲巴利斯（Ignas Juodžbalis）說。 「它的休眠狀態也使我們能夠了解宿主星系的品質。早期宇宙成功地產生了一些絕對的怪物，即使在相對較小的星系中。
根據標準模型，黑洞是由死亡恆星的塌縮殘餘物和累積物質形成的，達到預測的極限（稱為愛丁頓極限），其中物質上的輻射壓力克服了黑洞的引力。然而，這個黑洞的巨大尺寸表明標準模型可能無法充分解釋這些怪物是如何形成和生長的。
「黑洞有可能『生來就很大'，這可以解釋為什麼韋伯在早期宇宙中發現了巨大的黑洞，」來自卡夫利研究所和劍橋卡文迪什實驗室的合著者羅伯托·麥奧利諾教授說。 “但另一種可能性是，它們會經歷一段時期的過度活躍，然後是長時間的休眠。”
劍橋研究人員與來自義大利的同事合作，進行了一系列電腦模擬，以模擬這個休眠黑洞如何在宇宙早期發展到如此巨大的尺寸。他們發現，最有可能的情況是黑洞可以在短時間內超過愛丁頓極限，在此期間它們生長得非常迅速，然後是很長一段時間不活動：研究人員表示，像這樣的黑洞可能會吃掉5 到10 年。
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「用一段時期的過度活躍來解釋休眠黑洞聽起來有悖常理，但這些短暫的爆發讓它能夠快速成長，同時大部分時間都在打盹，」麥奧利諾說。
由於休眠期比超快速增長期長得多，因此天文學家正是在這些時期最有可能偵測到黑洞。 「這是我在攻讀博士學位期間獲得的第一個成果，我花了一段時間才意識到它有多出色，」Juodzbalis 說。 “直到我開始與天文學理論方面的同事交談，我才能夠看到這個黑洞的真正意義。”
由於其光度較低，休眠黑洞對天文學家來說更具挑戰性，但研究人員表示，如果早期宇宙中的黑洞大部分時間都處於休眠狀態，那麼這個黑洞幾乎肯定是更大的冰山一角。狀態。
「很可能絕大多數黑洞都處於這種休眠狀態——我很驚訝我們發現了這個黑洞，但我很高興想到我們還能找到更多黑洞，」麥奧利諾說。
更多資訊：
Ignas Juodžbalis 等人，早期宇宙中休眠的超大質量黑洞，自然（2024）。DOI：10.1038/s41586-024-08210-5
引文:
早期宇宙中的休眠大質量黑洞挑戰現有模型（2024 年，12 月 18 日）
