天文學(xué)家近日觀測(cè)到一個(gè)黑洞的生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超以往已知的極限，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)槔斫狻暗谝淮筚|(zhì)量黑洞”如何迅速形成提供線索。該黑洞位于遙遠(yuǎn)空間的類星體RACS J0320-35中，距離地球約128億光年，質(zhì)量約為太陽(yáng)的十億倍。由于距離極為遙遠(yuǎn)，天文學(xué)家實(shí)際上是在觀察宇宙誕生后僅9.2億年的景象。它釋放的X射線強(qiáng)度高于目前在宇宙初期已探測(cè)到的任何一個(gè)黑洞。

藝術(shù)家對(duì)超大質(zhì)量黑洞的構(gòu)想圖：黑洞周圍環(huán)繞著向其墜落的物質(zhì)盤，同時(shí)噴射出以接近光速運(yùn)動(dòng)的粒子流。該黑洞代表了近期發(fā)現(xiàn)的類星體，其能量源自黑洞。錢德拉望遠(yuǎn)鏡的新觀測(cè)表明，該黑洞的增長(zhǎng)速度已突破黑洞通常的極限值——即愛丁頓極限。版權(quán)聲明：NASA/CXC/SAO/M. Weiss。X射線圖像：NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina等；概念圖：NASA/CXC/SAO/M. Weiss；圖像處理：NASA/CXC/SAO/N. Wolk

RACS J0320-35的黑洞為類星體提供能量，使其光芒超越整個(gè)銀河系。2023年，團(tuán)隊(duì)利用錢德拉X射線天文臺(tái)的新觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這一黑洞的生長(zhǎng)速度明顯超過常見閾值。

研究負(fù)責(zé)人、美國(guó)哈佛-史密森天體物理中心的Luca Ighina表示：“這個(gè)黑洞的迅猛成長(zhǎng)速度讓我們感到震驚。”

在物質(zhì)向黑洞墜落過程中，會(huì)劇烈加熱并以多種波長(zhǎng)輻射，包括X射線和可見光。這些輻射會(huì)形成外向壓力，抵抗持續(xù)降落的物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)流入達(dá)到一定極限時(shí)，輻射壓力會(huì)與黑洞引力“拉鋸”，限制物質(zhì)進(jìn)一步加速流入，這一上限被稱為“艾丁頓極限”。

此前科學(xué)家認(rèn)為，如果黑洞的生長(zhǎng)速率低于艾丁頓極限，它誕生時(shí)至少應(yīng)擁有一萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量，才能在宇宙初期達(dá)到十億太陽(yáng)質(zhì)量。而如此“龐大”的黑洞初始形成需要巨大氣體云塌縮，且氣體中幾乎不含比氦更重的元素，這種機(jī)制被認(rèn)為極為罕見。

但RACS J0320-35的黑洞實(shí)際生長(zhǎng)速度可達(dá)艾丁頓極限的2.4倍。如果這種超速增長(zhǎng)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，其“出身”或許較為普通——由一顆巨大恒星坍縮而成，起始質(zhì)量小于一百個(gè)太陽(yáng)。

論文合作者、意大利布雷拉天體物理觀測(cè)站的Alberto Moretti稱：“通過相關(guān)質(zhì)量及增長(zhǎng)速度可反向推測(cè)黑洞誕生時(shí)的質(zhì)量，這樣我們能檢驗(yàn)不同的黑洞‘出生說’?！?/p>

團(tuán)隊(duì)運(yùn)用錢德拉X射線天文臺(tái)得到的X射線譜，與理論模型比對(duì)，證實(shí)該黑洞正以每年300到3000個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量在增長(zhǎng)。其光學(xué)和紅外數(shù)據(jù)也支持“超艾丁頓增長(zhǎng)”的解釋。

此發(fā)現(xiàn)還為黑洞噴射物質(zhì)的“宇宙之謎”提供線索。部分黑洞具備噴流機(jī)制，RACS J0320-35的黑洞亦如此。不過類星體極少見到這一現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)猜測(cè)高速增長(zhǎng)或許與噴流相關(guān)。

該類星體由澳大利亞平方公里陣列探測(cè)器（ASKAP）及智利Cerro Tololo天文臺(tái)暗能量攝像機(jī)首次發(fā)現(xiàn)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的智利Gemini-South望遠(yuǎn)鏡則測(cè)定了其距離。

錢德拉項(xiàng)目由NASA馬歇爾航天中心管理，科學(xué)運(yùn)作由史密森天體物理中心在馬薩諸塞州劍橋與伯靈頓實(shí)施。

編譯自/ScitechDaily