發現最遙遠的類星體與最古老超大質量黑洞,形成於大爆炸後 6.7 億年

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 15 日 19:30 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙從誕生到發出第一束光歷經了數百萬年時間,接著恆星開始形成、聚集成星系,然後星系氣體與塵埃圍繞中心的超大質量黑洞旋轉,形成整個宇宙中最明亮的物體:類星體。最近,天文學家再觀測到當今距離最遙遠的類星體與最古老的黑洞,形成於大爆炸後僅 6.7 億年,打破了 3 年前的最遠類星體紀錄。

類星體(quasar)於 1950 年代首度被發現,位於星系中心,是全宇宙最明亮的天體,1 個類星體發出的光量便相當於 1 兆顆恆星,但其所佔空間比我們的太陽系還要小。當科學家往早期宇宙尋找類星體這種怪物天體時,可以藉此得知早期宇宙的星系如何隨著時間形成與演化,也能更了解星系與中心黑洞之間的關係。

而最近,亞利桑那大學天文團隊透過阿塔卡馬大型毫米及次毫米波陣列(ALMA),探測到有史以來最遙遠的類星體,距離地球 130.3 億光年,也就是宇宙誕生後 6.7 億年,名為 J0313-1806,其亮度是太陽 10 兆倍,能量是整個銀河系的 1,000 倍。這個類星體中心還有至今發現最古老的超大質量黑洞,質量比太陽大 16 億倍,銀河系中心的人馬座 A* 相比之下猶如小巫見大巫。

此外,類星體還有一股超熱氣體流,以光速五分之一的高速風形式自黑洞周圍向外流出。

對天文學家來說,幾乎無法理解這樣一個超大質量黑洞如何在短短幾億年內變得如此巨大,因為黑洞應該在大質量恆星經歷超新星爆炸、或第一代恆星死亡後才能形成,且還得一步一腳印吞噬周圍物質成長為超大質量黑洞。

研究團隊嘗試計算了下,就算這個黑洞最早於大爆炸後 1 億年內形成,並以最快的速度增長,也只能在大爆炸後 6.7 億年累積約 1 萬個太陽質量,而不是目前的 16 億個太陽質量。

無論什麼情況,研究團隊認為這個黑洞一定有不同機制作用,比如跳過吸積、涉及大量原始冷氫氣直接塌陷。此外,黑洞每年還吸收相當於 25 個太陽的質量,在早期宇宙中,這可能是古老星系停止形成新生恆星的主要原因,因為星系中心黑洞吞噬了可以孕育新生恆星所需的所有氣體與物質。

科學家將進一步觀察這個類星體,並希望暫定今年 10 月 31 日發射的 NASA 詹姆斯·韋伯望遠鏡,可以幫助在早期宇宙中發現更多這類類星體。新論文發表在《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal Letters)。

(首圖來源:NRAO

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