一个超大质量的早期宇宙中的生物是我们所见过的同类中最贪婪的。
它坐落在一个名为 LID-568 的星系中央,距恒星诞生仅 15 亿年。,似乎以令人瞠目结舌的速度吞噬材料,其速度是理论最大值(称为爱丁顿极限)的 40 倍以上。
我们从来没有见过这样的事情?这一发现可以帮助我们解开早期宇宙最大的谜团之一:超大质量有多大大爆炸后在如此短的时间内变得如此巨大。
“这个黑洞正在举办一场盛宴”天文学家 Julia Scharwächter 说双子座天文台和 NSF 的 NOIRLab 的。 “这个极端的例子表明,高于爱丁顿极限的快速馈送机制是我们在宇宙早期看到这些非常重的黑洞的可能解释之一。”
爱丁顿极限是黑洞进食过程的自然结果。当黑洞主动吸积大量物质时,这些物质不会直接落入重力井,而是首先像水绕排水沟一样旋转,只有圆盘内边缘的物质穿过地平线进入黑洞。
令人难以置信的摩擦力和重力将这个圆盘材料加热到极高的温度,使其发出光芒。但光的特点是它会施加某种形式的压力。
单个光子起不了多大作用,但活跃的超大质量黑洞吸积盘的火焰则是另一回事。在某一点上,向外的辐射压力与黑洞向内的引力相匹配,从而阻止物质靠近。这就是爱丁顿极限。
突破爱丁顿吸积极限是可能的。它被称为超爱丁顿吸积,在此期间黑洞完全变得火腿,在辐射压力接管之前吞噬了尽可能多的质量。这是天文学家相信超大质量黑洞在时间之初可能达到的质量的一种方式。
在双子座天文台和美国国家科学基金会 NOIRLab 的天文学家 Hyewon Suh 的带领下,一组研究人员利用 JWST 对钱德拉 X 射线天文台发现的少数星系进行了后续观测,这些星系在 X 射线中明亮,但在其他波长中较暗。
当他们到达 LID-568 时,他们无法确定其跨时空的距离。银河非常暗淡,很难看到。但是,使用 JWST 上的积分场摄谱仪近红外光谱仪,团队锁定了银河系的确切位置。
LID-568 的位置如此遥远令人惊讶。虽然这个物体从我们在宇宙中的位置来看是微弱的,但它的距离意味着它本质上一定非常明亮。详细观察结果揭晓强劲的资金外流来自超大质量黑洞,这是吸积的标志,因为一些物质被转移并喷射到太空中。
对数据的细致分析表明,超大质量黑洞是一个相对较小的黑洞。仅为太阳质量的720万倍。圆盘周围的材料产生的光量远远高于这种质量的黑洞应该能够产生的光量。它表明吸积率比爱丁顿极限高出约 40 倍。
按照这个速度,超级爱丁顿吸积期应该非常短暂,这意味着苏和她的团队非常幸运地抓住了它的作用。我们预计 LID-568 将成为黑洞科学家的热门观测目标,让我们能够难得一睹超级爱丁顿过程。
反过来,这可以帮助我们了解早期宇宙。有证据表明,第一个超大质量黑洞不是由我们所知的坍缩恒星形成的,而是由巨大的恒星和,在重力作用下直接塌陷。这将使它们在成为我们今天在宇宙中看到的巨大黑洞的道路上取得先机。超级爱丁顿吸积的爆发可能是这个难题的另一部分。
“超级爱丁顿吸积黑洞的发现表明,质量增长的很大一部分可能发生在单次快速进食过程中,”苏说,“无论黑洞起源于轻种子还是重种子。”
该研究发表于自然天文学。