130億歲！NASA科學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最古老隱身黑洞

據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，一個(gè)國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過錢德拉X射線天文臺(tái)(CXO)在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞，它被氣體所覆蓋，是迄今發(fā)現(xiàn)的距離最遠(yuǎn)的黑洞，誕生于大爆炸后8億年，距今約130億年。

這是人們?cè)谠缙谟钪嬷邪l(fā)現(xiàn)的首個(gè)被氣體隱藏的黑洞。研究人員認(rèn)為，誕生于宇宙早期的黑洞可能很多都很隱蔽，未被發(fā)現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行深入研究有助于揭示黑洞的生長(zhǎng)歷程。

迷霧遮蔽的類星體

超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬到數(shù)十億倍，通常通過吞噬周圍物質(zhì)而不斷長(zhǎng)大?？焖偕L(zhǎng)的黑洞會(huì)在周圍一小片區(qū)域產(chǎn)生大量輻射?？茖W(xué)家認(rèn)為這個(gè)極其明亮、緊湊的光源是類星體(quasar)。

目前的理論認(rèn)為，在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞成長(zhǎng)的早期階段，稠密的氣體云會(huì)將物質(zhì)輸送到其周圍的圓盤內(nèi)，而這個(gè)盤狀區(qū)域會(huì)遮蔽或隱藏類星體的大部分強(qiáng)光。隨著黑洞吞噬物質(zhì)并變得更加龐大，氣體云被逐漸耗盡，黑洞及其明亮的圓盤才開始“現(xiàn)形”。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、智利天主教大學(xué)的法比奧·維托說：“發(fā)現(xiàn)尚在隱蔽階段的類星體十分難得，因?yàn)槠浯蟛糠州椛涠急晃樟?，目前的儀器無法探測(cè)到。多虧了CXO以及X射線穿透云層的能力，我們終于將其‘活捉’。”

此次最新發(fā)現(xiàn)來自于科學(xué)家們對(duì)一顆名為PSO167-13的類星體的觀察。這顆類星體最初由位于夏威夷的“泛星計(jì)劃”(Pan-STARRS)發(fā)現(xiàn)。“泛星計(jì)劃”和其他光學(xué)觀測(cè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約200顆類星體，它們?cè)谟钪孢€不到10億歲時(shí)就已發(fā)出明亮的光芒。

光學(xué)觀測(cè)方法只能有效探測(cè)到未被遮蔽的黑洞。因?yàn)樯踔劣蓺怏w和塵埃所構(gòu)成的薄薄的云層都會(huì)限制儀器檢測(cè)到的輻射范圍。所以科學(xué)家一開始認(rèn)定PSO167-13也來自一個(gè)未被遮蔽的黑洞。

為了驗(yàn)證這一想法，維托的團(tuán)隊(duì)通過使用錢德拉X射線天文臺(tái)觀測(cè)了PSO167-13和其他9個(gè)類星體。經(jīng)過16個(gè)小時(shí)的觀測(cè)，僅從PSO167-13中檢測(cè)到3個(gè)X射線光子，它們均具有較高能量。由于低能X射線比高能X射線更容易被吸收，因此可能的解釋是，此次觀測(cè)的類星體被氣體高度遮蔽，科學(xué)家們只能探測(cè)到高能X射線。

研究報(bào)告撰寫者之一、賓夕法尼亞州立大學(xué)帕克分校的尼爾·勃蘭特說：“正如我們所預(yù)期的那樣，其他9個(gè)所觀測(cè)到的類星體都未被遮擋。但PSO167-13完全出乎了我們的預(yù)料。這就像你想觀察一只飛蛾，卻直接發(fā)現(xiàn)了它的繭。”

伴星星系又添猜想

此外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，PSO167-13所在的星系擁有一個(gè)緊密的伴星星系。該星系是由位于智利的阿塔卡瑪大毫米陣列(ALMA)和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(HST)發(fā)現(xiàn)。由于這兩個(gè)星系過于“親密”，且X射線源又很微弱，研究小組無法確定新發(fā)現(xiàn)的X射線輻射與類星體PSO167-13有關(guān)，還是與其伴星星系有關(guān)。

如果X射線來自類星體本身，那么天文學(xué)家需要解釋，為什么類星體在X射線波段高度模糊，而在可見光波段卻并非如此。一種可能性是，在進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)和X射線觀測(cè)之間的三年間，類星體的隱蔽性急劇增加。

另一方面，如果X射線來自伴星星系，那么它代表著科學(xué)家們?cè)赑SO167-13附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的類星體。這將是科學(xué)家們迄今探測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的一對(duì)類星體。

不管哪種情況，錢德拉X射線天文臺(tái)探測(cè)到的類星體將是迄今被觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的類星體，誕生于宇宙大爆炸后8.5億年的PSO167-13打破了此前保持的13億年的紀(jì)錄。研究人員計(jì)劃進(jìn)行后續(xù)觀察來分辨X射線來源，同時(shí)尋找更多高度隱蔽的黑洞樣本。

意大利博洛尼亞國際宇宙研究中心的羅伯特·吉利說：“我們懷疑，早期宇宙中的大多數(shù)超大質(zhì)量黑洞都是隱蔽的。因此，對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究至關(guān)重要，有助于了解它們是如何快速成長(zhǎng)到10億個(gè)太陽質(zhì)量。”