揭開早期超大質量黑洞形成謎團,發現包圍類星體的大量冷氣體

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 24 日 9:22 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


當宇宙還只是個嬰兒時,科學家卻已目睹數個超大質量黑洞的形成,奇怪的是還找不到讓黑洞成長茁壯的證據。直到最近,甚大望遠鏡(VLT)終於發現了餵養這些黑洞的大量「食物」,可以解釋宇宙巨獸如何在早期宇宙中迅速成長。

宇宙如今年齡約 138 億歲,換句話說當宇宙誕生還不到 10 億年時,就好比一個正在蹣跚學步的嬰兒,孕育的恆星、星系數量遠不及當今壯觀。然而令人不解的是,天文學家發現當宇宙還只是幼兒時,就已經孕育出數個質量達太陽數十億倍的超大質量黑洞,堪稱宇宙學中最大謎團。

我們知道黑洞靠吸取周遭氣體與塵埃逐年緩慢增長,因此早期宇宙應該存在大量供黑洞吸積的氣體與塵埃,然而事實是:天文學家始終找不到支撐早期超大質量黑洞形成的有力證據,這些黑洞彷彿憑空出現在觀測視野內。

更複雜的是,先前阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)的觀測表明,雖然早期宇宙的星系中存在大量塵埃與氣體,但這些氣體只夠助長恆星快速形成,剩下的幾乎不夠餵食黑洞。種種謎團導致天文學家在描繪 120 億年前的宇宙結構時,彷彿有一道說不清道不楚的簾擋著。

為解決早期宇宙的超大質量黑洞從何而來,由德國馬克斯·普朗克天文學研究所天文學家 Emanuele Paolo Farina 領導的團隊,利用安裝在甚大望遠鏡(VLT)上的多單元探索光譜儀(Multi Unit Spectroscopic Explorer instrument,MUSE),觀察距今約 125 億年前(宇宙僅 8.7 億歲)就出現的 31 個類星體。

類星體為極度明亮的活躍星系核,一般就是指超大質量黑洞。而天文學家這次的觀測結果驚訝發現,其中 12 個類星體居然被巨大的氣體層給包圍,既冷又濃的氫氣氣體暈從中央黑洞向外延伸 10 萬光年,質量高達太陽數十億倍,見下方模擬影片。

研究人員進一步表示,這些氣體暈與星系緊密相連,足以維持旺盛的恆星形成、又能為超大質量黑洞提供充足「食物」,多虧多單元探索光譜儀的超高靈敏度,天文學家終於揭開早期宇宙中超大質量黑洞的食物藏匿處。

團隊表示,歐洲南方天文台未來的歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope,E-ELT)比甚大望遠鏡還強大,將能揭開大爆炸後 20 億年內的更多細節,也許天文學家能找到更多氣體星雲的躲藏處。

新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:歐洲南方天文台

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