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Space.com：哈勃太空望远镜显示古代宇宙中超大质量黑洞的数量，远超预期 一项为期14年的研究发现，在宇宙的黑暗时代，超大质量黑洞的数量远超预估。 这一令人惊讶的发现来自哈勃太空望远镜的观测。 由斯德哥尔摩大学的海斯（Matthew Hayes）领导的研究团队通过观察哈勃超深空区域寻找那些亮度变化的微弱天体，以发现这些早期的超大质量黑洞。 哈勃超深空提供了对夜空一小块区域（约3.1平方角分）的极深观察。 该区域包含约一万个来自不同宇宙时期的星系，其中最暗的星系形成于宇宙不到5亿年的时候。 海斯的团队研究了哈勃超深空中的一小部分，寻找那些亮度随时间变化的天体。这一标准的依据是，超大质量黑洞在宇宙大爆炸后不到10亿年内快速生长，这意味着它们需要快速吞噬周围物质，形成高温且明亮的吸积盘。 天文学家称这些天体为活动星系核（AGN），其亮度可以远超所在星系的其他部分。 然而，物质流入AGN的速度并不恒定。就像河流一样，流量有时会激增，有时会减少。 这种变化会影响AGN的亮度，因此，海斯团队通过寻找亮度变化的天体来识别AGN。 在他们的研究区域中，研究人员发现了71个变亮源，其中许多是在宇宙只有几十亿年时形成的。其中，三个位于约127亿年前，宇宙不到10亿年的AGN被确认为超大质量黑洞。 考虑到观察的天空区域如此之小，发现三个标志着数十亿太阳质量黑洞的AGN远超预期（相比之下，我们银河系中的超大质量黑洞人马座A*只有410万太阳质量，且用了超过130亿年才长到现在的大小）。 如果将这些结果推及整个天空，则意味着在宇宙早期，这种巨大的黑洞可能非常普遍。 斯德哥尔摩大学团队成员爱丽丝·杨（Alice Young）表示，这些天体的质量比我们原先预期的要大得多，它们要么在早期就形成了极大的质量，要么它们生长速度极快。” 研究团队还跟踪了一个编号为105212的远处AGN，它在2009年至2012年之间变亮了0.3星等，但到2023年其亮度下降了0.17星等。 该AGN的红移值为6.7，这意味着我们看到的它的样子是在大约128亿年前。另一个AGN，编号为101159，红移为6.5，在2009年可见，但在2012年和2023年之间消失。 尽管如此，韦伯太空望远镜（JWST）已经拍摄到了这个AGN所在星系的图像。第三个高红移AGN编号为1052156，其红移值为6.2，在2009年至2012年之间的亮度变化了0.2星等，并在2023年消失。 关于早期宇宙中的超大质量黑洞的形成有多种假说。它们是大爆炸后立即形成的微观原初黑洞并不断生长，还是通过直接坍缩的巨大气体云形成的？这些气体云的质量是我们太阳的数千倍。 海斯团队发现的数十亿太阳质量黑洞的数量密度最符合那些模拟超大质量黑洞从第一批极大质量恒星坍缩形成的理论。 这些恒星在宇宙中形成的“迷你光晕”中诞生，其质量远大于我们的太阳。 然而，这些原初恒星并未像现在的恒星那样爆炸成为超新星，而是迅速因自身的引力坍缩，形成了所谓的中等质量黑洞（比现代超新星产生的恒星质量黑洞更大，但不如超大质量黑洞庞大）。这些恒星大约在大爆炸后1.5亿至2亿年之间形成，并迅速开始吞噬物质并生长。 接下来的恒星形成世代则无法形成如此巨大的黑洞，因为它们的诞生区域被邻近恒星的紫外线和超新星的冲击波辐射所影响，这改变了恒星形成的条件。然后的恒星更接近我们今天在银河系中看到的“普通”恒星。 海斯表示，早期黑洞的形成机制是解开星系演化谜题的重要一部分。通过与黑洞生长模型结合，我们现在可以为星系演化提供一个更为物理驱动的理论框架，精确描绘黑洞如何由坍缩的巨大恒星诞生。 如果这些发现被正确解读，那么它不仅能帮助我们了解超大质量黑洞，还能为我们提供关于第一批恒星的信息。 下一步是通过韦伯太空望远镜进一步深入探测宇宙。然而，韦伯太空望远镜于2021年12月才发射，尚未积累足够长时间的观测数据来检测早期宇宙中AGN的亮度变化。 韦伯太空望远镜在2023年首次独立拍摄了哈勃超深空图像，正如海斯团队在研究论文中所述，哈勃太空望远镜为这一研究提供了良好的开端。   来源： https://www.space.com/space-expl ... -stars-hubble-finds |
