發現至今最古老的超大質量黑洞,科學家:有未知機制參與形成

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 08 日 12:02 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

當宇宙的年紀還只是個蹣跚學步的小孩時,天文學家卻發現了一個不該存在的超大質量黑洞成形!這可能會挑戰我們對早期宇宙和黑洞形成的理解,至少科學家目前相信其中一定還有個未知機制參與作用。



距離地球約 130 億光年的遙遠宇宙深處,一個包括卡內基科學研究所(CIS)、麻省理工學院等天文學家在內的國際天文小組發現迄今為止已知最遙遠、最讓人難以置信的超大質量黑洞,它位於一個明亮類星體 ULAS J1342 + 0928 中心,質量高達太陽質量的 8 億倍。

卡內基科學研究所天體物理學家愛德華多‧巴納多斯(Eduardo Bañados)說:「要在宇宙大爆炸後不到 6.9 億年的時間內聚集 8 億倍太陽的質量幾乎是不可能的任務,即使在最樂觀慷慨的估計也不可能。」

這表明有另一個完全未知的機制同時發生,該黑洞形成之際正是宇宙準備綻放光明的時候。《BBC》2015 年報導,歐洲太空總署(ESA)利用普朗克望遠鏡觀測資料總結,第一代恆星約在大爆炸後 5 億 6 千萬年開始照耀宇宙,在此之前,宇宙長時間被中性氫原子支配。宇宙在退耦(註)發生之前呈現不透明或「大霧」的狀態,雖然有光,但不能透過望遠鏡看見,只有隨著越來越多恆星、星系形成,產生足夠輻射再電離中性氫,讓光子可以在太空中自由行進,宇宙方變得透明。

在宇宙年表上,這關鍵時刻被稱為再電離時期(Epoch of Reionization,EOR),是劃分宇宙黑暗和光明的分水嶺。但事實上,科學家也沒有很確定從黑暗時代轉變至光明時代的時間點,只能推估大致範圍落在大爆炸後 5 億至 10 億年間。

(Source:卡內基科學研究所

現在團隊發現這個類星體周圍的大部分氫原子還是中性,而等超大質量黑洞形成時,周圍環境由大約 50% 的電離氫和 50% 的中性氫組成,也就是說,這個類星體應於再電離時期中形成。

研究類星體將能告訴我們宇宙如何演化,類星體被認為是宇宙中最亮的物體之一,天文學家透過紅外線或近紅外光研究類星體距離我們究竟有多遙遠,愛德華多‧巴納多斯更估計,最遙遠的宇宙深處裡也只有 20~100 個類星體,天文學家推測,這個時期的宇宙可能具備一些我們還不知道的條件,允許質量達太陽質量 10 萬倍以上的超大黑洞產生。研究發表在《自然》期刊。

註:宇宙學中,退耦指各種粒子彼此脫離熱平衡的時期。

(首圖來源:卡內基科學研究所)