这个艺术家的插画描述了人类目前为止探测到的最遥远的超大质量黑洞。它的高增长速度令天文学家们百思不得其解。

天文学家已经发现了迄今为止观测到的最遥远的黑洞-而且它在年轻的时候就已经非常惊人了。

这颗超大质量的黑洞样本相当于8亿个太阳的重量，位于一个产生强大辐射的年轻星系的中心。这种类型的星系被称为类星体，它们照亮了早期的宇宙，它们的极端的活动是由它们核心中的黑洞发电机驱动的。但这个黑洞比这个年轻的星系要大得多。

丹尼尔斯特恩在美国宇航局喷气推进实验室的一份声明中说“大爆炸后，这个黑洞的发展远远超过我们预期的6.9亿年，这挑战了我们关于黑洞如何形成的理论”。斯特恩是发表在《自然》杂志上的一项研究的合作者。

宇宙诞生和黑暗时代

让我们进一步回到过去，来充分了解这一发现是多大的突破。

在大爆炸之后，迅速膨胀的宇宙中充满了一种叫做等离子体的电离气体热汤。随着时间的推移和宇宙的冷却，这种等离子体凝聚成中性原子（主要是氢，其中一个质子与电子结合）。直到这一刻，宇宙中没有恒星，也没有星系;根本没有足够的时间让东西在重力下聚集起来创造星星。这个时期被恰如其分地命名为“黑暗时代”，因为当时唯一存在的辐射是大爆炸本身的背景余辉，随着宇宙膨胀，它迅速变为红移。当膨胀的宇宙将光从短波长延伸到长波长时，发生红移。

然而，随着第一颗恒星被激发而存在并被它们的相互引力所束缚以形成第一个星系，宇宙经历了巨大的变化。

这些第一个星系产生强大的辐射，分解中性氢气，从质子中剥离电子。宇宙再次成为等离子态，称为“再电离”。通常，这种高度电离的气体对辐射是不透明的，但由于宇宙膨胀和冷却，等离子体如此分散，以至于来自星系的光线通过星系际空间大部分都是畅通无阻的，就好像宇宙飞过星光开关一样。

从宇宙黎明开始出现

那么，这个超大质量的黑洞和这种戏剧性的宇宙变换有什么关系呢？

对类星体的观测称为ULAS J1342+0928，已经证实它被中性氢包围。存在于这个婴儿星系周围的中性氢意味着它刚刚从这个再电离时期出现，使它成为我们能够观测到的最早的星系，因为它是第一批形成的星系群。

一种艺术的概念图，中间为正在形成的超大质量黑洞

那篇论文的共同作者、在亚利桑那大学工作的范晓辉说到：“新的类星体本身就是最早的星系之一，然而它已经拥有了一个巨大的黑洞，就像现今宇宙中的其他星球一样巨大！”

位于大麦哲伦云前方的黑洞的模拟视图。注意引力透镜效应，它产生了两个放大但高度畸变的大麦哲伦云图像。在顶部，银河系圆盘被扭曲成了弧形。

检测这个对象并非易事。来自J1342+0928的光已经花了超过130亿年才到达我们这里，所以它非常微弱而且产生很大的红移。类星体能产生强烈的短波辐射。但是在经过130亿光年之后，辐射已经被拉伸到光谱的红外部分，因此只有最灵敏的红外测量望远镜才能检测到它。

利用强大望远镜的国际三联体产生的数据，研究人员能够在宇宙的最远地方寻找类星体候选者。一旦确定，其他的观测站就会一块来观察这个奇怪的对象。

例如，夏威夷的双子座天文台通过探测红外光谱来测量黑洞的活动，从而帮助确定黑洞的巨大质量。 类星体在早期宇宙中是特别强大的辐射发生器，因为它们核心中的超大质量黑洞可以获得大量的物质。 当他们迅速消耗这个物质时，黑洞形成了一个巨大的、热的并且散发着辐射的吸积盘，创造了类星体的标志性光，可以在数十亿光年内看到。

下一步是搜索更多的类星体，如J1342 + 0928，研究人员估计在整个天空中大概有20到100个类星体。

类星体是准恒星射电源的缩写。 如图所示，3C 273，是天文学家有史以来第一个发现的，也是最亮的。

ESA/HUBBLE & NASA

它是如何变得如此庞大的？

现在我们知道J1342 + 0928是一个8亿太阳质量的超大质量黑洞的家园，最大的问题是，它是如何变得如此庞大？

悬在现代宇宙学和天体物理学上的一些最大问题集中在超大质量黑洞上。众所周知，这些怪物隐藏在大多数星系的核心中，包括我们自己的星系，我们知道它们可以拥有十亿个太阳的质量。试图解释我们现代宇宙中的超大质量黑洞如何消耗足够的物质来变得如此之大是很困难的，但是发现一个8亿太阳质量的怪物在大爆炸之后只存在6.9亿年是一个令人头疼的问题。这个婴儿黑洞怎么这么快变大？

黑洞吸积背后的机制知之甚少，但研究人员认为，这个例子可能只是一个具有一个极其活跃的“早期大器（early bloomer）”，，只能在大椭圆星系中定居的“常规”超大质量黑洞。

范在一份声明中说，“如果它位于比宇宙更密集的部分，它可以在生命中获得更早的开始并且更快地增长，”

“这一发现表明，在早期宇宙中显然存在一个制造这种怪物的过程，”加入国际研究的卡内基科学研究所的天文学家Eduardo Bañados补充道。 “那个过程是什么？好吧，这会让理论家们非常忙碌！”

这张图片显示的是具有环形电离环物质的非旋转黑洞外观，这样的模型可以作为人马座A*的标准模型化来使用。这种不对称性是由于多普勒效应造成的，多普勒效应是由于黑洞非常强的引力离心平衡所需的巨大轨道速度造成的。

文末“彩蛋”

现在这就很有趣了。因为宇宙的年龄是138亿年，所以6.9亿年只不过是宇宙年龄的百分之五。

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