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极客娱乐平台-官方注册,重达7.8亿个太阳!已知最古老最遥远的黑洞,藏着早期宇宙的秘密
发布日期:2020-01-11 11:39:04    文章来源:未知    浏览次数:4602

极客娱乐平台-官方注册,重达7.8亿个太阳!已知最古老最遥远的黑洞,藏着早期宇宙的秘密

极客娱乐平台-官方注册,这个黑洞的质量相当于7.8亿个太阳,并帮助宇宙摆脱了黑暗时代。既然天文学家发现了这个已知最古老的黑洞,如今他们想知道:它是如何在这么短的时间内,长到这么大的?

对于宇宙诞生之初的头10亿年——那时的宇宙笼罩在迷雾(是真的雾)和神秘当中——至少有两个问题一直困扰着天文学家:

他们想知道,是什么东西驱散了那些雾,是恒星,还是超大质量黑洞,抑或两者兼而有之?

那些巨型黑洞如何会在这么短的时间内变得如此巨大?

现在,天文学家发现了一个诞生于该时期的超大质量黑洞,在它的帮助下,这两个问题有望得到解答。

“所有这些数据都有了,这简直是梦想成真。”哈佛大学天文系主任阿维·勒布(avi loeb)说。

近日,天文学家在《自然》杂志上公布了这项发现。

这个黑洞也是迄今发现距离我们最遥远的黑洞,它的历史可以追溯到宇宙大爆炸的6.9亿年后。

针对该天体的分析表明,在这个黑洞诞生的时候,宇宙的再电离已经完成了一半左右——这个过程驱散了宇宙中的雾,就像拿电吹风对着浴室里布满水汽的镜子吹一样。此外,天文学家还揭示,这个黑洞的质量是太阳的7.8亿倍,不过,他们尚难以做出解释。

爱德华多·巴纳多斯(eduardo bañados)是卡耐基科学研究所的一位天文学家,他领导的团队在寻找超远类星体的过程中发现了这个新黑洞。

他们的办法是筛查旧有数据,以找出那些拥有正确颜色的天体——类星体是超大质量黑洞在吞噬气体时的可见标志。

该团队列出了一份初步候选名单,然后,通过智利拉斯坎帕纳斯天文台的望远镜,依次对它们进行观测。

今年3月9日,巴纳多斯在南方天空观测到了一个仅仅持续了10分钟的微弱光点。在看了一眼未经处理的原始数据后,他确认该光点是一个类星体,而且它可能是迄今发现的最古老的类星体。

“那一夜,我兴奋得都睡不着觉了。”巴纳多斯说。

爱德华多·巴纳多斯在智利的拉斯坎帕纳斯天文台,新的类星体就是在这里发现的。

经过进一步的观察后,天文学家计算出了新黑洞的质量,而这又引出了新的问题。

当宇宙物质坠入黑洞时,黑洞会变大,但这个过程也会产生光和热。到了某个时候,物质在坠入黑洞时所释放的辐射会产生非常大的推力,以至于能够阻止新气体坠入黑洞,并扰乱气流。

这种激烈对抗为黑洞的增长设下了一个速度限制,即爱丁顿极限。即便这个黑洞一开始就有恒星那么大,而且增长速度也达到了理论上的最高值,它还是不可能在这么短的时间内,增长到天文学家估测出来的质量。

其他类星体也有这种“快速发胖”的现象。已知距离我们第二远的类星体是2011年发现的,在宇宙诞生7.7亿年后,它的质量大约相当于20亿个太阳。

按照这些天体的年龄,它们不应该如此巨大才对。

“它们很少见,但它们确实存在,我们需要弄清楚它们是如何形成的。”耶鲁大学天体物理学家普里亚瓦达·纳塔拉哈恩(priyamvada natarajan)说。

她指出,理论学家多年来一直在研究如何在电脑模型中增大一个黑洞。最近的研究成果表明,这些黑洞可能经历了偶发性的生长陡增,这期间,它们吞噬气体的速度远远超过了爱丁顿极限。

巴纳多斯及其同事探索了另外一种可能性:如果你以该黑洞当前的质量为起点,然后往回倒放,以爱丁顿极限速度甩掉物质,直至接近宇宙大爆炸时期,那么你会看到,这个天体刚成形时的质量必然要比太阳重1,000倍。按照这种假设,早期宇宙中坍缩的星云孕育了过度生长的幼年黑洞,它们的质量达到了太阳的数千或数万倍。然而,这种情况需要特殊的条件,它能让气体星云凝聚成单一的天体,而不是像通常那样,分裂成很多星体。

在早期宇宙的更早阶段,在所有恒星或黑洞诞生之前,混乱的裸质子和电子团相互结合,形成了氢原子。然后,这些中性原子吸收了来自首批恒星的明亮紫外线。数亿年后,年轻的恒星或类星体发出了足够多的光线,把电子从这些原子身上剥离下来,驱散了犹如晨雾的宇宙氢气雾。

天文学家已经知道,在宇宙大爆炸的大约10亿年后,再电离已基本完成。

那时在宇宙中,你只能找到些许中性氢原子的痕迹。但是,这个新类星体周围的气体原子中,大约一半是中性的,还有一半处于电离态。这表明,至少在宇宙的那个部分,再电离只完成了一半。

“能够重新界定宇宙再电离的时间,这有趣极了。”得克萨斯大学天体物理学家沃尔克·布罗姆(volker bromm)说。

当引发再电离的光源第一次亮起时,它们必定像切开瑞士奶酪那样,切开了不透明的宇宙。但那些光源是什么,它们何时出现,以及这个过程的均匀度如何,这些都存在争议。新发现的类星体表明,再电离发生的时间相对较晚。

德国马克斯·普朗克天文研究所的布拉姆·维尼曼斯(bram venemans)认为,已知的早期星系及其恒星就能胜任再电离光源的角色,天文学家无需再去寻找能够使再电离更快完成的更早光源了。

更多的数据点可能即将到来。

对于那些准备搜索中性氢原子自身辐射的射电天文学家来说,这一发现表明,他们寻找的时间阶段是正确的。“好消息是,那里会有中性氢原子等待他们去观测。”哈佛大学天文系主任勒布说,“而之前,我们无法确定有没有。”

此外,研究团队还希望能够发现更多起源于同一时期、但位于早期宇宙中不同位置的类星体。巴纳多斯认为,整个星空有20-100个像这样非常遥远、且异常明亮的天体。这一次发现的类星体是他的团队在观测南方天空时发现的;明年,他们打算开始搜寻北部的天空。

“让我们期待新的发现吧。”天体物理学家布罗姆说。他指出,这些年来,人们一直在研究不同类别的天体,对于早期宇宙,它们似乎提供了最好的了解渠道,而最近的关注焦点当属遥远星系和伽马射线暴。“人们之前几乎已经放弃了类星体。”他说。

翻译:何无鱼

来源:quanta magazine

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