科學(xué)家觀測(cè)早期宇宙質(zhì)量最大黑洞 產(chǎn)生機(jī)制成謎！

它們是宇宙中的巨獸——迄今已知最大的黑洞，它們將幫助我們了解這種神秘宇宙現(xiàn)象的成因。美國宇航局的費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡近期觀測(cè)到迄今最遙遠(yuǎn)的伽馬射線耀變體，耀變體是一類發(fā)出劇烈輻射的特殊星系，科學(xué)家們認(rèn)定其內(nèi)部存在超大質(zhì)量黑洞。

這些最遙遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光在出發(fā)時(shí)宇宙年齡還只有14億年，也就是相當(dāng)于其當(dāng)前年齡的10%左右。對(duì)這些最遙遠(yuǎn)天體的研究或許將幫助我們更好了解黑洞的形成機(jī)制。

美國宇航局戈達(dá)德空間飛行中心的天文學(xué)家魯佩斯·奧哈表示：“盡管它們非常年輕，這些遙遠(yuǎn)的耀變體代表著我們迄今已知質(zhì)量最大的黑洞。”他說：“它們竟然能夠在如此早期的宇宙中形成，對(duì)現(xiàn)有的超大質(zhì)量黑洞形成理論構(gòu)成了挑戰(zhàn)，我們希望能夠找到更多此類天體以便更好地理解這一過程。”

科學(xué)家們認(rèn)為耀變體可能是一類巨型橢圓星系，其內(nèi)部存在活躍的超大質(zhì)量黑洞，它們會(huì)發(fā)出極為劇烈的輻射，從而成為宇宙中最為高能的現(xiàn)象之一。研究人員在1月30日的美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上報(bào)告了他們的有關(guān)發(fā)現(xiàn)，相關(guān)論文也已經(jīng)提交《天體物理學(xué)報(bào)》審核。

天文學(xué)家們認(rèn)為這類天體發(fā)出的超強(qiáng)輻射源自其內(nèi)部黑洞大量吞噬周圍氣體物質(zhì)的過程。當(dāng)質(zhì)量相當(dāng)于太陽數(shù)百萬倍的巨量物質(zhì)盤旋下落時(shí)，劇烈的摩擦和撕裂效應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高能輻射。同時(shí)有一部分下落物質(zhì)還會(huì)被拋射出去，形成兩條對(duì)稱的強(qiáng)烈噴流現(xiàn)象，大量粒子以接近光速的速度向兩側(cè)噴射。

距離遙遠(yuǎn)的耀變體在高能伽馬射線波段上會(huì)有損耗，這是由于一種被稱為“星系積背景光”的效應(yīng)作祟。這是一種可見光和紫外波段存在的彌漫于宇宙空間的背景光。

如圖所示，一個(gè)輻射源的距離越遙遠(yuǎn)，我們能夠探測(cè)到的來自這個(gè)輻射源的高能伽馬射線就越少

距離遙遠(yuǎn)的耀變體在高能伽馬射線波段上會(huì)有損耗，這是由于一種被稱為“星系積背景光”的效應(yīng)作祟。這是一種可見光和紫外波段存在的彌漫于宇宙空間的背景光。如圖所示，一個(gè)輻射源的距離越遙遠(yuǎn)，我們能夠探測(cè)到的來自這個(gè)輻射源的高能伽馬射線就越少。

在整個(gè)光譜上，耀變體基本都非常明亮，包括伽馬射線這樣的最高能級(jí)上也是如此。而此次費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的這些遙遠(yuǎn)耀變體中，有一條這樣的噴流剛好對(duì)著地球方向，因此格外明亮。

在此之前，費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的最遙遠(yuǎn)耀變體誕生于宇宙年齡大約21億年時(shí)。在那之后科學(xué)家們開始致力于搜尋年代更早的此類天體，他們?cè)诎?40萬個(gè)類星體的星表中逐個(gè)鑒別搜索。

而為了提升效率，也由于距離極其遙遠(yuǎn)，只有那些最明亮的輻射源才能夠被觀測(cè)到，他們于是剔除了大部分目標(biāo)，只留下那些在射電波段最為明亮的目標(biāo)進(jìn)行觀察。經(jīng)過篩選之后，還剩下1100個(gè)候選目標(biāo)，隨后研究組調(diào)用費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果從中找到了5個(gè)新的伽馬射線耀變體。

天文學(xué)上會(huì)用紅移概念來表示巨大的距離，紅移值越大，距離就越遙遠(yuǎn)。最新發(fā)現(xiàn)的耀變體的紅移值大約在3.3~4.31之間，這就意味著我們現(xiàn)在所接收到的來自這些天體的光線是在宇宙僅有14~19億年時(shí)發(fā)出的。

美國南卡羅來納州克萊姆森大學(xué)的瓦德希·帕里亞表示：“我們發(fā)現(xiàn)這些輻射源之后便立即著手收集它們所有波段上的數(shù)據(jù)并從中提取一些關(guān)鍵信息，比如其內(nèi)部黑洞的質(zhì)量大小，吸積盤亮度以及噴流能級(jí)等等。”

結(jié)果發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)耀變體內(nèi)部的黑洞質(zhì)量有可能超過數(shù)十億倍的太陽質(zhì)量。除此之外，所有發(fā)現(xiàn)的耀變體都有極為明亮的吸積盤，其輻射強(qiáng)度是太陽輻射強(qiáng)度的2萬億倍以上。這就意味著正有巨量的物質(zhì)不斷落入中央黑洞，并在此過程中產(chǎn)生劇烈的輻射與噴流現(xiàn)象。研究人員表示：“現(xiàn)在最主要的問題就是，在如此年輕的宇宙中，這些巨型黑洞究竟是如何形成的?我們目前還不知道究竟是何種機(jī)制促成了它們?nèi)绱烁咚俚某砷L(zhǎng)。”

與此同時(shí)，研究組還打算繼續(xù)開展更多的搜尋工作。研究組科學(xué)家們表示：“我們認(rèn)為費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡所探測(cè)到的還只不過是冰山一角，是此前未曾在伽馬射線波段探測(cè)到的大量此類天體目標(biāo)中的最初一批。”