詹姆斯·韦伯太空望远镜发现有史以来最古老、最遥远的黑洞 位于古老星系GN-z11中
哈勃太空望远镜看到的星系GN-z11和一个正在进食的黑洞（插图）。（图片来源:uux.cn/NMASA、欧空局、P. Oesch（耶鲁大学）、G. Brammer（科技科学研究院）、P. van Dokkum（耶鲁大学）和G. Illingworth（加州大学圣克鲁兹分校）（插图）罗伯特·李）
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（罗伯特·李）：一组天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了迄今为止最遥远、最古老的黑洞，该黑洞正在吞噬其宿主星系。
这一发现可能是在理解宇宙早期超大质量黑洞如何达到相当于太阳数十亿倍质量方面向前迈出的一大步。
黑洞位于古老的星系GN-z11中，距离我们134亿光年，因此被认为是宇宙大爆炸后4亿年的产物。黑洞本身的质量约为太阳的600万倍，似乎正在以比当前理论所能承受的极限快五倍的速度从周围星系中吸取物质。
剑桥大学物理系和团队负责人罗伯托·马约里诺在一份声明中称这一发现是黑洞科学的“巨大飞跃”。
“在宇宙中看到如此巨大的黑洞还为时过早，所以我们必须考虑它们可能形成的其他方式，”迈奥利诺在声明中说。“非常早期的星系富含气体，因此它们就像黑洞的自助餐。“
超大质量黑洞是过食者吗？
宇宙不到10亿岁时形成的早期超大质量黑洞的大小是形成理论的一个问题，因为达到太阳质量的数百万或数十亿倍需要数十亿年的不断喂养。
“这就像看到一个家庭走在街上，他们有两个六英尺高的青少年，但他们还有一个六英尺高的蹒跚学步的孩子，”梅努斯大学研究员约翰·里根没有参与这项研究，他在提到以前的发现时告诉Space.com。“这有点问题；这个蹒跚学步的孩子是怎么长得这么高的？宇宙中的超大质量黑洞也是如此。它们是如何如此迅速地变得如此巨大的？”
科学家们目前有两条主要路线可以让黑洞在早期宇宙中达到超大质量状态。它们可以从小黑洞种子开始，当大质量恒星在数百万年或数十亿年后的生命末期坍缩时产生，或者它们可以完全跳过这一阶段。
如果巨大的冷气体和尘埃云坍塌，立即形成一颗质量为太阳几百万倍的“重黑洞种子”，这种情况就可能发生。通过这种方式，这个过程可以在数百万或数十亿年的恒星演化过程中快速前进，在帮助黑洞种子成长为超大质量黑洞的喂养和合并过程中领先一步。这个新的古代黑洞的质量是太阳的几百万倍，这一发现支持了重种子理论。
事件视界望远镜是通过国际合作打造的八架地面射电望远镜的行星规模阵列，拍摄了这张M87星系中心超大质量黑洞及其阴影的图像。（图片来源:uux.cn/EHT合作）
然而，另一方面，GN-z11中黑洞吸积物质的速度可能表明，黑洞吸积物质的速度可能比观察到的早期宇宙中发现的其他黑洞要快得多。这将有助于小黑洞种子理论。
一个被称为爱丁顿极限的数学公式标志着一个物体（如恒星）积累质量的速度，而它发出的辐射（其光度）不会将质量推开，从而切断食物供应。
虽然黑洞不发光是因为它们被称为事件视界的光捕获边界所限制，但它们巨大的引力影响确实会导致围绕它们旋转的物质被剧烈搅动和加热，并在此过程中发出辐射。黑洞吞噬得越快，来自被称为活动星系核（AGN）的区域的光就越强。
因此，爱丁顿极限适用于这个区域，它可以类似地将物质推开并切断黑洞的进食狂潮。
这个新发现的黑洞正在以比爱丁顿极限高五倍的速度从其宿主星系吸积物质。所谓的“超爱丁顿吸积”时期可能会发生，但只是在有限的时段内发生。
该团队估计，如果这个黑洞的贪婪进食期已经持续了1亿年，它可能不会以一颗沉重的黑洞种子的形式开始生命。它可能是在宇宙大爆炸后约2.5亿至3.7亿年间由一颗质量轻得多的黑洞种子形成的，并迅速增长到1340万年前JWST观测到的质量。
喂养黑洞可能会毁灭它的宿主星系
该团队相当确定的一件事是，这个黑洞的强烈喂养是GN-z11本身的原因，它比银河系小约100倍，并且非常明亮。但是贪吃的黑洞也可能阻碍其宿主星系的生长。
从喂养黑洞周围喷出的超高速粒子风很可能正在从银河系的中心带走气体和尘埃。寒冷的气体和尘埃云坍缩形成恒星诞生，因此这意味着黑洞正在使恒星诞生停止，在这个过程中“扼杀”了这个小星系的成长。
除了更多地了解这个黑洞及其星系外，这项研究背后的团队认为JWST的力量应该有助于揭示早期宇宙中的更多黑洞。
特别是，他们的目标是发现宇宙婴儿期的小黑洞种子，并结束围绕超大质量黑洞过早增长的辩论。
“这是一个新时代:灵敏度的巨大飞跃，特别是在红外领域，就像一夜之间从伽利略望远镜升级到现代望远镜一样，”马约利诺总结道。“在JWST上线之前，我想也许当你超越我们用哈勃太空望远镜所能看到的范围时，宇宙就没那么有趣了。但事实完全不是这样:宇宙已经非常慷慨地向我们展示了它所展示的一切，而这只是一个开始。”
该团队的研究于1月17日星期三发表在《自然》杂志上。
