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內(nèi)容摘要：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡看到的星系GN-z11和一個(gè)正在進(jìn)食的黑洞插圖）。圖片來(lái)源:uux.cn/NMASA、歐空局、P. Oesch耶魯大學(xué)）、G. Brammer科技科學(xué)研究院）、P. van Dokkum

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡看到的星系GN-z11和一個(gè)正在進(jìn)食的黑洞（插圖）。（圖片來(lái)源:uux.cn/NMASA、伯太歐空局、空望P. Oesch（耶魯大學(xué)）、遠(yuǎn)鏡有史遙遠(yuǎn)于古G. Brammer（科技科學(xué)研究院）、發(fā)現(xiàn)P. van Dokkum（耶魯大學(xué)）和G. Illingworth（加州大學(xué)圣克魯茲分校）（插圖）羅伯特·李）
（神秘的老最老星地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：一組天文學(xué)家使用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）發(fā)現(xiàn)了迄今為止最遙遠(yuǎn)、最古老的黑洞位黑洞，該黑洞正在吞噬其宿主星系。詹姆最古
這一發(fā)現(xiàn)可能是斯韋在理解宇宙早期超大質(zhì)量黑洞如何達(dá)到相當(dāng)于太陽(yáng)數(shù)十億倍質(zhì)量方面向前邁出的一大步。
黑洞位于古老的伯太星系GN-z11中，距離我們134億光年，空望因此被認(rèn)為是遠(yuǎn)鏡有史遙遠(yuǎn)于古宇宙大爆炸后4億年的產(chǎn)物。黑洞本身的發(fā)現(xiàn)質(zhì)量約為太陽(yáng)的600萬(wàn)倍，似乎正在以比當(dāng)前理論所能承受的老最老星極限快五倍的速度從周圍星系中吸取物質(zhì)。
劍橋大學(xué)物理系和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人羅伯托·馬約里諾在一份聲明中稱這一發(fā)現(xiàn)是黑洞科學(xué)的“巨大飛躍”。
“在宇宙中看到如此巨大的黑洞還為時(shí)過(guò)早，所以我們必須考慮它們可能形成的其他方式，”邁奧利諾在聲明中說(shuō)。“非常早期的星系富含氣體，因此它們就像黑洞的自助餐。“
超大質(zhì)量黑洞是過(guò)食者嗎？
宇宙不到10億歲時(shí)形成的早期超大質(zhì)量黑洞的大小是形成理論的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫_(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億倍需要數(shù)十億年的不斷喂養(yǎng)。
“這就像看到一個(gè)家庭走在街上，他們有兩個(gè)六英尺高的青少年，但他們還有一個(gè)六英尺高的蹣跚學(xué)步的孩子，”梅努斯大學(xué)研究員約翰·里根沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，他在提到以前的發(fā)現(xiàn)時(shí)告訴Space.com。“這有點(diǎn)問(wèn)題；這個(gè)蹣跚學(xué)步的孩子是怎么長(zhǎng)得這么高的？宇宙中的超大質(zhì)量黑洞也是如此。它們是如何如此迅速地變得如此巨大的？”
科學(xué)家們目前有兩條主要路線可以讓黑洞在早期宇宙中達(dá)到超大質(zhì)量狀態(tài)。它們可以從小黑洞種子開(kāi)始，當(dāng)大質(zhì)量恒星在數(shù)百萬(wàn)年或數(shù)十億年后的生命末期坍縮時(shí)產(chǎn)生，或者它們可以完全跳過(guò)這一階段。
如果巨大的冷氣體和塵埃云坍塌，立即形成一顆質(zhì)量為太陽(yáng)幾百萬(wàn)倍的“重黑洞種子”，這種情況就可能發(fā)生。通過(guò)這種方式，這個(gè)過(guò)程可以在數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億年的恒星演化過(guò)程中快速前進(jìn)，在幫助黑洞種子成長(zhǎng)為超大質(zhì)量黑洞的喂養(yǎng)和合并過(guò)程中領(lǐng)先一步。這個(gè)新的古代黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的幾百萬(wàn)倍，這一發(fā)現(xiàn)支持了重種子理論。

事件視界望遠(yuǎn)鏡是通過(guò)國(guó)際合作打造的八架地面射電望遠(yuǎn)鏡的行星規(guī)模陣列，拍攝了這張M87星系中心超大質(zhì)量黑洞及其陰影的圖像。（圖片來(lái)源:uux.cn/EHT合作）
然而，另一方面，GN-z11中黑洞吸積物質(zhì)的速度可能表明，黑洞吸積物質(zhì)的速度可能比觀察到的早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的其他黑洞要快得多。這將有助于小黑洞種子理論。
一個(gè)被稱為愛(ài)丁頓極限的數(shù)學(xué)公式標(biāo)志著一個(gè)物體（如恒星）積累質(zhì)量的速度，而它發(fā)出的輻射（其光度）不會(huì)將質(zhì)量推開(kāi)，從而切斷食物供應(yīng)。
雖然黑洞不發(fā)光是因?yàn)樗鼈儽环Q為事件視界的光捕獲邊界所限制，但它們巨大的引力影響確實(shí)會(huì)導(dǎo)致圍繞它們旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)被劇烈攪動(dòng)和加熱，并在此過(guò)程中發(fā)出輻射。黑洞吞噬得越快，來(lái)自被稱為活動(dòng)星系核（AGN）的區(qū)域的光就越強(qiáng)。
因此，愛(ài)丁頓極限適用于這個(gè)區(qū)域，它可以類似地將物質(zhì)推開(kāi)并切斷黑洞的進(jìn)食狂潮。
這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的黑洞正在以比愛(ài)丁頓極限高五倍的速度從其宿主星系吸積物質(zhì)。所謂的“超愛(ài)丁頓吸積”時(shí)期可能會(huì)發(fā)生，但只是在有限的時(shí)段內(nèi)發(fā)生。
該團(tuán)隊(duì)估計(jì)，如果這個(gè)黑洞的貪婪進(jìn)食期已經(jīng)持續(xù)了1億年，它可能不會(huì)以一顆沉重的黑洞種子的形式開(kāi)始生命。它可能是在宇宙大爆炸后約2.5億至3.7億年間由一顆質(zhì)量輕得多的黑洞種子形成的，并迅速增長(zhǎng)到1340萬(wàn)年前JWST觀測(cè)到的質(zhì)量。
喂養(yǎng)黑洞可能會(huì)毀滅它的宿主星系
該團(tuán)隊(duì)相當(dāng)確定的一件事是，這個(gè)黑洞的強(qiáng)烈喂養(yǎng)是GN-z11本身的原因，它比銀河系小約100倍，并且非常明亮。但是貪吃的黑洞也可能阻礙其宿主星系的生長(zhǎng)。
從喂養(yǎng)黑洞周圍噴出的超高速粒子風(fēng)很可能正在從銀河系的中心帶走氣體和塵埃。寒冷的氣體和塵埃云坍縮形成恒星誕生，因此這意味著黑洞正在使恒星誕生停止，在這個(gè)過(guò)程中“扼殺”了這個(gè)小星系的成長(zhǎng)。
除了更多地了解這個(gè)黑洞及其星系外，這項(xiàng)研究背后的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為JWST的力量應(yīng)該有助于揭示早期宇宙中的更多黑洞。
特別是，他們的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)宇宙嬰兒期的小黑洞種子，并結(jié)束圍繞超大質(zhì)量黑洞過(guò)早增長(zhǎng)的辯論。
“這是一個(gè)新時(shí)代:靈敏度的巨大飛躍，特別是在紅外領(lǐng)域，就像一夜之間從伽利略望遠(yuǎn)鏡升級(jí)到現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡一樣，”馬約利諾總結(jié)道。“在JWST上線之前，我想也許當(dāng)你超越我們用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所能看到的范圍時(shí)，宇宙就沒(méi)那么有趣了。但事實(shí)完全不是這樣:宇宙已經(jīng)非常慷慨地向我們展示了它所展示的一切，而這只是一個(gè)開(kāi)始。”
該團(tuán)隊(duì)的研究于1月17日星期三發(fā)表在《自然》雜志上。