天文学家们对超大质量黑洞在大爆炸后仅5.7亿年内增长速度快而震惊
天文学家们对超大质量黑洞在大爆炸后仅5.7亿年内增长速度快而震惊。图片来源：uux.cn欧洲航天局
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：早期宇宙是一个奇异而神秘的地方——广阔、黑暗，充满了非凡的潜力。大爆炸后仅5.7亿年，星系开始成形，其中一些最早的超大质量黑洞开始了它们的巨大扩张。但对天文学家来说，这一早期时期一直笼罩在神秘之中，许多问题未解。
直到现在。
研究人员利用强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到了一个前所未有的星系，这是一项开创性的发现。这个名为CANUCS-LRD-z8.6的遥远星系，是一个活跃增长的超大质量黑洞，其意想不到的特性正在重写我们对早期宇宙的理解。
多年来，天文学家一直在寻找银河系及其超大质量黑洞在宇宙历史最初十亿年形成的线索。在此过程中，他们发现了所谓的“小红点”（LRD），这些微弱且遥远的物体让科学家们感到困惑。这些长离奇探测器通常是小型星系，出现在宇宙生命的早期阶段，理应还未形成超大质量黑洞。至少，按照传统理论不是这样。CANUCS-LRD-z8.6就是这样一个星系，它揭示的内容非同寻常。
早期宇宙中的惊人发现
CANUCS-LRD-z8.6的发现得益于韦伯近红外光谱仪（NIRSpec）的卓越能力，使研究人员能够窥探这个遥远星系微弱的光芒。他们发现的令人震惊：在银河系的中心，存在一个不仅存在且以快速速度增长的黑洞——远超科学家们对宇宙早期时期的预期。
主要作者、卢布尔雅那大学和罗马天文学院（INAF—罗马天文台）的研究员罗伯塔·特里波迪表达了这一发现的重要性：“这项发现确实令人惊叹。我们观测到一个距离大爆炸不到6亿年的时间，它不仅拥有一个超大质量黑洞，而且黑洞正在迅速增长——远远超出我们对如此早期星系的预期。”
这些话不仅是敬畏的反映，更是惊讶的体现。黑洞在宇宙早期以如此快速的速度增长，挑战了我们现有的星系和黑洞形成理论。一个如此年轻的星系怎么可能拥有如此庞大且快速增长的黑洞？
揭开黑洞生长之谜
理解该星系特殊特征的关键在于其光谱数据。通过分析CANUCS-LRD-z8.6发射的光，团队识别出几个关键特征——最重要的是被强烈辐射电离的气体，暗示银河系中心存在一个吞噬物质的黑洞。这一过程称为吸积，黑洞吸入周围气体和尘埃，使物质升温并发出强烈辐射。
韦伯光谱仪的数据还提供了黑洞质量的估计，团队的发现同样令人惊讶。对于宇宙中如此早期的阶段来说，黑洞异常巨大，尤其是与银河系本身的大小相比。这引发了关于黑洞如何在早期宇宙中如此迅速形成和增长的重要问题，即使在相对较小的星系中也是如此。
卢布尔雅那大学的合作者尼古拉斯·马蒂斯博士强调了韦伯数据的重要性：“韦伯揭示的光谱特征清楚地表明银河系中心存在吸积黑洞，这是以往技术无法观测到的。更令人信服的是，银河系的黑洞相对于其恒星质量来说过于大质量。这表明早期宇宙中的黑洞可能增长速度远快于其所在星系。”
一个超越预期的银河
这项研究的一个关键见解是，星系中心黑洞的大小往往与星系本身的大小相关。在大多数星系中，星系越大，其中心黑洞也越大。但在CANUCS-LRD-z8.6的情况下，星系与黑洞之间的关系并不符合预期的模式。这个星系紧凑且仍处于演化的早期阶段，但它的黑洞质量甚至超出预期。
这一发现挑战了长期以来关于黑洞与星系如何共同演化的观点。根据传统观点，黑洞会像其宿主星系一样增长，随着更多物质被吸入，质量逐渐增加。但CANUCS-LRD-z8.6似乎打破了这一规则，表明黑洞可能比之前认为的更早开始生长。
卢布尔雅那大学研究组负责人马鲁沙·布拉达奇教授总结了这一发现的重要性：“黑洞在银河系中意外的快速增长引发了关于如何促使如此巨大天体如此早出现的过程的疑问。”
宇宙意义：这对我们理解宇宙意味着什么？
这一发现的影响深远。如果黑洞确实能在早期宇宙中以如此快速的速度形成和生长，这将改变我们对星系和黑洞在最初十亿年进化过程的理解。这也引发了关于黑洞以如此加速速度积累质量的机制的新问题。
这项研究不仅仅是好奇;它是理解宇宙中首批超大质量黑洞形成过程的关键拼图。布拉达奇教授的团队希望找到更多像CANUCS-LRD-z8.6这样的星系，以进一步完善他们的理论。“随着数据分析的持续，我们希望能发现更多像CANUCS-LRD-z8.6这样的星系，这可能为我们对黑洞和星系起源提供更深入的见解，”她说。
团队已计划进行更多观测，包括使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），以研究银河系中的冷气体和尘埃，并加深对黑洞性质的理解。随着这些观测的展开，早期宇宙——以及第一批黑洞——的画面将愈发清晰。
为什么这一发现重要
CANUCS-LRD-z8.6的发现不仅仅是揭示一个星系或一个黑洞;它关乎挑战和完善我们对宇宙运作的基本理解。这个星系拥有出乎意料的巨大且快速增长的黑洞，为我们提供了了解宇宙历史早期阶段的新窗口。它揭示了黑洞可能比我们想象的更早形成和开始生长，但我们至今仍未完全理解。
对天文学家来说，这是重新思考星系与黑洞关系的呼吁，也提醒我们宇宙充满了惊喜。随着韦伯的观测不断揭开宇宙历史的层层面纱，我们可以期待更多类似的揭示——每一次都将重塑我们对宇宙及其形成的看法。理解第一批超大质量黑洞的旅程才刚刚开始，像这样的发现表明早期宇宙比我们想象的更为复杂和动态。
更多信息：Roberta Tripodi 等，首个5亿米尔中紧凑且质量大的吸积黑洞宿主的极端性质，Nature Communications（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65070-x
