黑洞吃什麼？古老的黑洞可能以氣體和塵埃為食

• 2019 年 12 月 23 日
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一項新研究顯示，在125億年前，古老的黑洞可能以氣體和塵埃“為食”，發展成為今天的超大品質物體。一組國際研究人員利用位於智利的甚大望遠鏡捕捉到了環繞在星系中心類星體周圍的“黑洞食物”的影像。

研究人員表示，這些物質讓這些黑洞在宇宙還很年輕的時候迅速成長。他們認為，這一發現為了解諸如星系團和空洞等最早的宇宙結構如何形成的提供了基礎。在天文學中，空洞是指纖維狀結構之間的空間，與纖維狀結構一起組成了宇宙中最大尺度的結構。

德國馬克斯·普朗克天文研究所的伊曼紐爾·保羅·法里納（Emanuele Paolo Farina）博士說：“這些‘怪物’在宇宙早期的存在是個謎。”這裡所說的“怪物”便是超大品質黑洞，其品質是太陽的數十億倍。直到現在，人們還認為超大品質黑洞周圍沒有足夠的物質來支援它們的生長。

法里納博士表示，它們可能是由最早的恆星坍縮形成的，而且一定長得很快。天文學家還沒有找到足夠數量的“黑洞食物”（包括冷氣體和塵埃）來解釋這種快速增長。“現在我們首次表明，原始星系確實有足夠的食物來維持不斷增長的黑洞，以及形成充滿活力的恆星。”

天文學家使用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡，包括其裝載的多單元光譜探測器（MUSE），來收集黑洞的數據。研究人員調查了31個類星體，即星系中極其明亮的活躍星系核。

天文學家發現，這些類星體中有12個被由低溫、高密度的氫氣所包圍。據研究人員稱，這些氣體暈與星繫緊密相連，為維持超大品質黑洞的生長提供了“完美的食物來源”。

法里納博士表示，多單元光譜探測器是類星體研究的“遊戲規則改變者”，使這項研究成為可能。“在對每個目標進行的數小時觀測中，我們能夠深入到年輕宇宙中存在的最龐大、最貪婪的黑洞周圍，”他說，“類星體很明亮，但它們周圍的氣層卻很難觀測到。多單元光譜探測器可以探測到光暈中微弱的氫氣輝光，最終使天文學家發現了早期宇宙中為超大品質黑洞提供能量的食物庫。”

下一代甚大望遠鏡將於2025年上線，屆時科學家們將能夠揭示更多關於星系和超大品質黑洞的細節。法里納博士說：“有了甚大望遠鏡的力量，我們將能夠更深入地探索早期宇宙，找到更多這樣的氣體星雲。”這項研究的結果發表在近期的《天體物理學雜誌》（Astrophysical Journal）上。

銀河系的星系中心存在著一個超大品質黑洞，被稱為人馬座A* （Sagittarius A*，簡稱Sgr A*）。超大品質黑洞是星系中心密度極高的區域，其品質是太陽品質的數十億倍。它們充當著強大的引力源，吸收著周圍的塵埃和氣體。

美國物理學家卡爾·央斯基（Karl Jansky）在1931年首次提出了銀河系中心存在黑洞的證據，當時他發現了來自該區域的無線電波。人馬座A*的能量強大，但又無法看見，其品質相當於大約400萬個太陽。這個超大品質黑洞離地球只有26000光年，是宇宙中為數不多我們可以探測到其附近物質流動的黑洞。最初在黑洞引力影響下的物質，只有不到1%會到達事件視界，因為大部分物質被拋出。因此，來自人馬座A*附近物質的X射線發射非常微弱，就像鄰近星系中的大多數超大品質黑洞一樣。被捕獲的物質需要失去熱量和角動量才能進入黑洞，而物質的噴射使這種損失得以發生。