一项新研究显示,在125亿年前,古老的黑洞可能以气体和尘埃“为食”,发展成为今天的超大质量物体。一组国际研究人员利用位于智利的甚大望远镜捕捉到了环绕在星系中心类星体周围的“黑洞食物”的图像。

研究人员表示,这些物质让这些黑洞在宇宙还很年轻的时候迅速成长。他们认为,这一发现为了解诸如星系团和空洞等最早的宇宙结构如何形成的提供了基础。在天文学中,空洞是指纤维状结构之间的空间,与纤维状结构一起组成了宇宙中最大尺度的结构。

德国马克斯·普朗克天文研究所的伊曼纽尔·保罗·法里纳(Emanuele Paolo Farina)博士说:“这些‘怪物’在宇宙早期的存在是个谜。”这里所说的“怪物”便是超大质量黑洞,其质量是太阳的数十亿倍。直到现在,人们还认为超大质量黑洞周围没有足够的物质来支持它们的生长。

法里纳博士表示,它们可能是由最早的恒星坍缩形成的,而且一定长得很快。天文学家还没有找到足够数量的“黑洞食物”(包括冷气体和尘埃)来解释这种快速增长。“现在我们首次表明,原始星系确实有足够的食物来维持不断增长的黑洞,以及形成充满活力的恒星。”

天文学家使用欧洲南方天文台的甚大望远镜,包括其装载的多单元光谱探测器(MUSE),来收集黑洞的数据。

研究人员调查了31个类星体,即星系中极其明亮的活跃星系核。

天文学家发现,这些类星体中有12个被由低温、高密度的氢气所包围。据研究人员称,这些气体晕与星系紧密相连,为维持超大质量黑洞的生长提供了“完美的食物来源”。

法里纳博士表示,多单元光谱探测器是类星体研究的“游戏规则改变者”,使这项研究成为可能。“在对每个目标进行的数小时观测中,我们能够深入到年轻宇宙中存在的最庞大、最贪婪的黑洞周围,”他说,“类星体很明亮,但它们周围的气层却很难观测到。多单元光谱探测器可以探测到光晕中微弱的氢气辉光,最终使天文学家发现了早期宇宙中为超大质量黑洞提供能量的食物库。”

下一代甚大望远镜将于2025年上线,届时科学家们将能够揭示更多关于星系和超大质量黑洞的细节。法里纳博士说:“有了甚大望远镜的力量,我们将能够更深入地探索早期宇宙,找到更多这样的气体星云。”这项研究的结果发表在近期的《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)上。

超大质量黑洞人马座A*

银河系的星系中心存在着一个超大质量黑洞,被称为人马座A* (Sagittarius A*,简称Sgr A*)。超大质量黑洞是星系中心密度极高的区域,其质量是太阳质量的数十亿倍。它们充当着强大的引力源,吸收着周围的尘埃和气体。

美国物理学家卡尔·央斯基(Karl Jansky)在1931年首次提出了银河系中心存在黑洞的证据,当时他发现了来自该区域的无线电波。

人马座A*的能量强大,但又无法看见,其质量相当于大约400万个太阳。这个超大质量黑洞离地球只有26000光年,是宇宙中为数不多我们可以探测到其附近物质流动的黑洞。最初在黑洞引力影响下的物质,只有不到1%会到达事件视界,因为大部分物质被抛出。因此,来自人马座A*附近物质的X射线发射非常微弱,就像邻近星系中的大多数超大质量黑洞一样。被捕获的物质需要失去热量和角动量才能进入黑洞,而物质的喷射使这种损失得以发生。(任天)