华盛顿，美国——在我们银河系的中心，潜伏着一个大约是太阳质量400万倍的超大质量黑洞，叫做人马座a *。事实上，这些物体位于大多数星系的中心，它们的质量会随着时间的推移而增加，因为它们会吃掉靠得太近的物质。
但自从美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜于2022年投入使用以来，天文学家们惊讶地发现了早期宇宙中存在的超大质量黑洞——考虑到聚集如此巨大的质量所需的时间，这比他们想象的要早。对一个这样的原始黑洞的新观察提供了关于这可能是如何发生的——通过增压增长的片段。
黑洞是密度极高的物体，其引力如此之强，以至于光都无法逃脱。在它们巨大的引力作用下，它们通过吸入气体、尘埃和不幸在附近游荡的恒星等物质来增加质量。
“早期宇宙中超大质量黑洞的存在挑战了我们目前黑洞形成和增长的模型，”夏威夷国际双子座天文台和美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家Hyewon Suh说，他是发表在《自然天文学》杂志上的这项研究的主要作者。
新的韦伯观测涉及一个名为LID-568的超大质量黑洞，该黑洞存在于宇宙年龄约为当前年龄的11%的时候——大约在138亿年前宇宙大爆炸事件发生后的15亿年。LID-568的质量大约是太阳的1000万倍，是人马座a *的2.5倍。研究人员还没有确定它所在星系的质量。
观测到LID-568的质量增加速度比之前认为的要快。韦伯表示，根据观测到的能量输出，LID-568似乎正在消耗流入的物质，即所谓的吸积，其消耗速度是这种活动的假设最大值（即爱丁顿极限）的40多倍。
爱丁顿极限是黑洞通过吸积过程可以产生的最大能量输出的理论极限。“这个理论极限假设在吸积过程中产生的辐射向外的力平衡了流入物质的重力，”双子座天文台和NOIRLab的天文学家和研究合著者朱莉娅Scharw?chter说。
这些原始黑洞被认为起源于两种方式中的一种，要么是宇宙中第一代恒星的爆炸性死亡，要么是早期宇宙中存在的大型气体云的坍缩。
“LID-568的发现表明，质量增长的很大一部分可能发生在一次快速吸积的过程中。这可以帮助解释超大质量黑洞是如何在宇宙中如此早期形成的，而不管它们是如何起源的，”Suh说。
“到目前为止，我们还没有观测到这些黑洞是如何在早期宇宙中如此迅速地成长的，”Suh补充说。
超大质量黑洞增长的一个关键标志是x射线的发射，这是一种波长非常短的高能电磁辐射。围绕超大质量黑洞旋转的物质在被吞噬之前是过热的，并在x射线波长中发出强烈的光。研究人员首先使用美国宇航局的钱德拉x射线天文台发现了LID-568，然后使用韦伯的红外观测能力对其进行了更仔细的研究。
韦伯望远镜的观测结果表明，存在某种机制，通过这种机制，黑洞可以以比之前认为的更快的速度吞噬物质。
“LID-568由于其极端的增长速度和它在宇宙中如此早期存在的事实而引人注目，”Suh说。“我们还不知道LID-568是如何超过爱丁顿极限的。为了进一步调查，我们需要更多的数据，所以我们计划用韦伯进行后续观察。”
