早期宇宙中的黑洞似乎正在以超过其理论极限 40 倍的速度吞噬物质

Josiah02

大多数星系的中心都存在超大质量黑洞，现代望远镜在宇宙演化的惊人早期阶段持续观测它们。
很难理解这些黑洞如何能够如此迅速地增长到如此之大。但随着在宇宙大爆炸后仅 15 亿年就发现了一个以极高速度吞噬物质的低质量超大质量黑洞，天文学家现在对早期宇宙中黑洞快速增长的机制有了宝贵的新见解。
LID-568 是由国际双子座天文台/NSF NOIRLab 天文学家 Hyewon Suh 领导的跨机构天文学家团队发现的。他们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 观察了钱德拉 X 射线天文台 COSMOS 遗留调查中的一组星系样本。
这群星系在光谱的 X 射线部分非常明亮，但在可见光和近红外部分则不可见。詹姆斯·韦伯太空望远镜独特的红外灵敏度使其能够探测到这些微弱的对应辐射。
LID-568 因其强烈的 X 射线发射而在样本中脱颖而出，但仅从 X 射线观测无法确定其确切位置，这引发了人们对詹姆斯·韦伯太空望远镜视野中目标是否能正确居中的担忧。
因此，JWST 仪器支持科学家建议 Suh 的团队不要使用传统的狭缝光谱法，而是使用 JWST NIRSpec 上的积分场光谱仪。该仪器可以获取仪器视场中每个像素的光谱，而不仅限于一个狭窄的切片。
“由于其暗淡的性质，如果没有 JWST，就不可能探测到 LID-568。使用积分场光谱仪是一种创新，也是我们进行观测的必要条件，”国际双子座天文台/NSF NOIRLab 天文学家、论文《用 JWST 观测到的大爆炸后约 1.5 Gyr 的超级爱丁顿吸积黑洞》的合著者 Emanuele Farina 说，该论文发表在《自然天文学》上。
JWST 的 NIRSpec 让团队能够全面观察目标及其周围区域，从而意外发现中心黑洞周围有强大的气体流出。这些气体流出的速度和大小使团队推断 LID-568 质量增长的很大一部分可能发生在一次快速吸积过程中。
Suh 表示：“这一偶然结果为我们理解该系统增添了新的维度，并开辟了令人兴奋的研究途径。”
苏和她的团队发现了一个惊人的秘密，他们发现 LID-568 似乎以 40 倍于爱丁顿极限的速度吸收物质。爱丁顿极限与黑洞可以达到的最大亮度以及它吸收物质的速度有关，这样它向内的引力和由压缩、坠落物质的热量产生的向外压力才能保持平衡。
当计算出 LID-568 的光度远高于理论值时，团队知道他们的数据中存在着非凡的东西。
“这个黑洞正在大快朵颐，”国际双子座天文台/美国国家科学基金会 NOIRLab 天文学家兼合著者 Julia Scharwächter 说道。
“这个极端的例子表明，高于爱丁顿极限的快速进食机制是我们在宇宙早期就看到这些非常重的黑洞的可能解释之一。”
这些结果为超大质量黑洞从较小黑洞“种子”形成提供了新的见解，目前的理论认为，这些种子要么来自宇宙第一颗恒星的死亡（轻种子），要么来自气体云的直接坍缩（重种子）。到目前为止，这些理论都缺乏观测证据。
苏说：“超级爱丁顿吸积黑洞的发现表明，无论黑洞是源自轻种子还是重种子，在一次快速吞噬过程中都可以发生相当一部分质量增长。”
LID-568 的发现还表明黑洞有可能超越其爱丁顿极限，并为天文学家研究其如何发生提供了首次机会。
LID-568 中观测到的强大流出物可能充当了极端吸积产生的多余能量的释放阀，防止系统变得过于不稳定。为了进一步研究其中的机制，该团队计划使用 JWST 进行后续观测。