科学家揭晓距地球130亿光年、质量为太阳300倍的超大质量黑洞“变大”成因

每个星系的中心都有一个超大质量的黑洞，它是保持周围恒星、行星、气体以及尘埃凝聚在一起的怪兽。从天文学家开始认真研究它们以来的几十年中，我们已经证实了这些天体确实存在于宇宙中。

我们也已知道它们是恒星形成不可或缺的一部分；而且我们还开发了一种能直接对它们成像的技术。但是，让天文学家们始终感到困惑的是：这些野兽是如何变得如此庞大，又如何能够如此迅速地生长的？

答案的关键可能在于天体射流--超大质量黑洞有时会散发出充满能量的粒子或爆发出辐射。我们不知道这些黑洞为什么这么做，但是来自同一国际天文学家团队的两项新的破纪录研究表明，无论原因如何，这些喷射流都可能有助于超大质量黑洞快速生长。

（来源：MIT Technology Review）

《天体物理学杂志》报道的第一项发现是一个距地球 130 亿光年的、质量为太阳 300 倍的超大质量黑洞。天文学家使用智利拉斯坎帕纳斯天文台麦哲伦望远镜的红外观测，确认了它是 2015 年首次发现的喷射流的源头。这个超大质量黑洞是有史以来检测到的最遥远（即最古老）的能产生喷射流的黑洞。

第二项发现即将在《天体物理学杂志》上的预印本研究报告中发表，该研究显示，天文学家们于 2018 年首次从一个超大质量黑洞中探索到天体物理喷射流，该黑洞距离地球有 127 亿光年，比太阳重十亿倍。该团队使用了 NASA 的钱德勒 X 射线天文台进行观测，并从宇宙中高热量的物体中寻找 X 射线辐射。据悉，这是人类有史以来在X射线中观察到的最遥远的天体物理喷射流。

概括来说，每组发现都打破了一些深奥的天文学记录，但这并不是它们为什么如此重要的原因。这两项发现均有助于解释为什么超大质量黑洞即使不断释放高能物质也能够如此迅速地生长。可以说，天文学家团队的发现首次证明了此类喷射流实际上是在“激励”黑洞的快速进给。

在麦哲伦确认黑洞的存在之后，研究小组在第一次调查中使用了其他仪器（例如智利的甚大望远镜）来识别黑洞及其射流的其他特性比如质量。

还有一些数据显示了喷射流如何激励黑洞的供给，事实上黑洞的强大引力会将大量的气体和尘埃拉入其事件视界（无法返回的点）。由于该物质具有角动量，这意味着它并不只是直接进入，而是会绕事件视界的轨道旋转。同时，该区域中的辐射压力（由轨道内物质自身的摩擦和压力所产生，该物质会加热自身直至发光）会将气体推离事件视界。

这是一个复杂的过程，但是从本质上讲，高能粒子的喷射流束随着气体向外移动而抵消了气体的角动量。而且，与辐射压力能向各个方向发光并向外辐射的特性不同，这种喷射流很窄，因此它几乎无法与较远的不密集气体层相互作用并对其产生影响。这些喷射流通过使气体失去角动量、且几乎不进行推回的方式，让事件视界周围的许多气体直接落入其中。

“通过这种方式，喷射流可以确保黑洞不会主动对其自身起作用—从而能够继续进行供给，”美国宇航局天文学家，两篇论文的合著者托马斯·康纳说，尽管科学家们认为这些喷射流可能在鼓励黑洞供给的过程中发挥了作用，但“直到现在我们还没有看到真正能令人信服的证据。”

X 射线研究为这个想法提供了证据。这些观察结果表明，这个喷射流距离其源头已经行进了 15 万光年，这使得它成为我们对远距离喷射流首次进行的X射线观察：以往所观察到的喷射流只有几千光年。

康纳说：“这种大规模的 X 射线检测意味着这些喷射流已经行进了非常久。” 这不是一种短暂现象，而是一种可以维持数十万年的常态，这足以帮助一个超大质量的黑洞供给自己以非常迅速地生长。他说：“我们现在知道这是一个长期的过程，这就是这些喷射流如何能够帮助这些超大质量黑洞形成的方式......”

两项研究都为后续的发现奠定了基础，它们可以帮助我们更多地了解超大质量黑洞是如何演化并帮助塑造早期宇宙的。现在，我们对于如何能够寻找如此古老的黑洞有了更好的想法，并且更深切地感受到了更多的X射线观察对于学习喷射流补给动力的工作原理是至关重要的。

对于康纳来说，这些额外的观察将是关键。在本周的重大发现后，他感到非常鼓舞。他说：“希望这项发现能够指出宇宙中还有很多这样的物体存在，希望我们能尽快再次打破研究记录。”

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参考：

https://www.technologyreview.com/2021/03/16/1020859/supermassive-black-hole-jets-x-rays/