这个巨大的黑洞在创世之初并不是很饥饿

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜在黎明时分发现了一个难以置信的巨大黑洞，它似乎并没有像它应有的那样吞噬一切。

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在“宇宙黎明”发现了一个超大质量黑洞，其质量似乎难以置信。令人困惑的事实是，这个巨大的虚空在那段时间里似乎并没有吞噬周围的许多物质——但是，为了达到它的巨大尺寸，人们会认为它在时间开始时就已经是贪婪的了。

为星系 J1120+0641 中心的类星体提供能量的超大质量黑洞，在宇宙年龄仅为当前年龄的 5% 左右时被看到。它的质量也超过太阳的十亿倍。 

虽然相对容易解释最近的超大质量黑洞是如何发展到具有数十亿太阳质量的，但促进这种增长的合并和吞噬过程预计需要大约十亿年的时间。这意味着在 138 亿岁的宇宙 10 亿岁之前发现如此巨大的黑洞确实是一个两难的选择。 

自 2022 年夏季开始运行以来，JWST 已被证明在宇宙黎明发现此类具有挑战性的黑洞方面特别有效。 

关于这些空洞早期生长的一种理论是，它们处于一种被称为“超有效进食模式”的进食狂潮中。然而，JWST 对 J1120+0641 超大质量黑洞的观测表明，在其附近的物质中没有特别有效的供给机制。这一发现使人们对超快进食超大质量黑洞生长机制产生了怀疑，并意味着科学家对宇宙早期演化的了解可能比他们意识到的还要少。 

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“总的来说，新的观测结果只会增加谜团：早期类星体的正常程度令人震惊，”团队负责人、马克斯·普朗克天文研究所 (MPIA) 博士后研究员莎拉·博斯曼 (Sarah Bosman) 在一份声明中表示。 “无论我们在哪种波长下观察到类星体，它们在宇宙的所有时期几乎都是相同的。”

超大质量黑洞控制自己的饮食

在过去 138 亿年的宇宙历史中，星系的大小是通过吸收周围的气体和尘埃、蚕食较小的星系或与较大的星系合并来获得质量而变大的。

大约 20 年前，在 JWST 和其他望远镜开始在早期宇宙中发现令人不安的超大质量黑洞之前，天文学家曾假设星系中心的超大质量黑洞逐渐与导致星系生长的过程同步生长。

事实上，黑洞的增长速度是有限的——限制了这些宇宙巨人实际上帮助自身形成的速度。 

由于角动量守恒，物质不能直接落入黑洞。相反，黑洞周围会形成一层扁平的物质云，称为吸积盘。此外，中心黑洞的巨大引力会产生强大的潮汐力，在吸积盘中产生湍流条件，将其加热并使其在电磁频谱上发光。这些发射物非常明亮，它们的亮度常常超过周围星系中每颗恒星的总光。发生这一切的区域称为类星体，它们代表了一些最亮的天体。

这种亮度还有另一个功能。尽管没有质量，光确实会施加压力。这意味着类星体发出的光会推动周围的物质。黑洞为类星体提供能量的速度越快，辐射压力就越大，黑洞就越有可能切断自身的食物供应并停止生长。黑洞或任何其他增生体通过推开周围物质而使自己挨饿的点被称为“爱丁顿极限”。

这意味着超大质量黑洞不能随心所欲地进食和生长。因此，在早期宇宙中，尤其是大爆炸后不到 10 亿年的时间里，寻找质量相当于 100 亿个太阳的超大质量黑洞是一个真正的问题。

天文学家需要更多地了解早期类星体，以确定早期超大质量黑洞是否能够克服爱丁顿极限并成为所谓的“超级爱丁顿吸积体”。

为此，团队于 2023 年 1 月将 JWST 的中红外仪器 (MIRI) 聚焦在 J1120+0641 中心的类星体上，该类星体距离我们 130 亿光年，看起来距离大星体仅 7.7 亿年。砰。这项调查是对宇宙黎明时存在的类星体的首次中红外研究。 

来自这个早期超大质量黑洞的光谱揭示了围绕吸积盘的由气体和尘埃组成的大型环形“环面”的特性。这个环面有助于引导物质到达吸积盘，并从吸积盘逐渐进入超大质量黑洞。 

MIRI 对这个类星体的观测表明，宇宙供应链的功能与距离地球较近的“现代”类星体类似，因此存在于宇宙的后期。 对于增强的进食机制导致早期黑洞快速增长这一理论的支持者来说，这是一个坏消息。 

此外，对超大质量黑洞周围区域（物质以几乎光速旋转的区域）的测量结果与对现代类星体相同区域的观测结果一致。 

JWST 对这个类星体的观测确实揭示了它与现代类星体之间的一个主要区别。吸积盘周围环面的尘埃温度约为 2,060 华氏度（1,130 摄氏度），比距离地球更近的超大质量黑洞驱动类星体周围的尘埃环高约 100 度。

这项研究支持另一种早期超大质量黑洞生长的方法，该方法表明这些宇宙泰坦在早期宇宙中占据了先机，它们是由已经很大的黑洞“种子”形成的。这些重种子的质量至少是黑洞的十万倍。太阳的形成，是通过早期大量气体云的塌缩直接形成的。

该团队的研究成果于 6 月 17 日发表在《自然天文学》杂志上。 

最初发布于Space.com。