宇宙中有一種特殊的星系，因其中心的黑洞瘋狂吞食周圍物質(zhì)而發(fā)出極強(qiáng)的光芒，但因其發(fā)光區(qū)域比普通的星系小得多，乍看之下更類似于恒星，因此被稱為“類星體”。

人類通過(guò)觀測(cè)與分析，確認(rèn)早期宇宙中的類星體中含有超級(jí)巨型的黑洞，它們的質(zhì)量達(dá)到十幾億太陽(yáng)那么重。這些黑洞如何在宇宙誕生不久就長(zhǎng)成如此巨大的規(guī)模，一直是一個(gè)有爭(zhēng)議的熱門課題。

近日，美國(guó)亞利桑那大學(xué)Steward天文臺(tái)的天文學(xué)家們近日發(fā)現(xiàn)了早期宇宙中最大的類星體，其質(zhì)量相當(dāng)于15億個(gè)太陽(yáng)，相關(guān)研究論文已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。據(jù)悉，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的類星體正式命名為J1007 + 2115，它是兩個(gè)距離我們最遠(yuǎn)的也是最老的已知類星體之一。

早期宇宙的印跡

宇宙誕生早期就形成了類星體，這為研究人員提供了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，可以窺視一個(gè)初期的宇宙：一個(gè)熾熱而年輕的“大火球”冷卻之后進(jìn)入的黑暗時(shí)代。

類星體是目前已知宇宙中最活躍的天體之一，也是人類觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的天體?！邦愋求w存在于銀河系之外，”中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的劉四明教授介紹道，“根據(jù)目前的理論，類星體由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)。在黑洞吞噬塵埃，氣體甚至整個(gè)恒星等周圍物質(zhì)的過(guò)程中，大量的引力能被釋放出來(lái)并產(chǎn)生輻射，從而導(dǎo)致類星體的亮度可以超過(guò)整個(gè)宿主星系?！?/p>

為此次發(fā)現(xiàn)的類星體提供動(dòng)力的黑洞，質(zhì)量極其巨大，它也是目前已知宇宙中距離我們最遙遠(yuǎn)，因此也是最早形成的兩個(gè)類星體之一。根據(jù)紅移測(cè)量，來(lái)自這顆類星體的光花了130.2億年才能到達(dá)地球，這意味著它僅在大爆炸之后7億年就開(kāi)始了旅程。

“宇宙一直處于膨脹的過(guò)程中，故而，距離我們?cè)竭h(yuǎn)的天體，其形成越早，也越古老。對(duì)新發(fā)現(xiàn)類星體的光譜分析可以用來(lái)估計(jì)驅(qū)動(dòng)其發(fā)光的黑洞的質(zhì)量，” 劉四明介紹道，“由于膨脹宇宙中的光子紅移現(xiàn)象，距離我們?cè)竭h(yuǎn)的天體，其產(chǎn)生的光子在被我們探測(cè)到時(shí)波長(zhǎng)變得越長(zhǎng)。遠(yuǎn)處天體的輻射功率可以由觀測(cè)到的輻射強(qiáng)度和距離得到，輻射功率越大，黑洞的質(zhì)量也越大?！?/p>

這個(gè)類星體是目前已知距離我們最遙遠(yuǎn)的兩個(gè)類星體中質(zhì)量更大的一個(gè)，驅(qū)動(dòng)其發(fā)光的黑洞的產(chǎn)生和成長(zhǎng)過(guò)程格外值得研究。

對(duì)研究的挑戰(zhàn)

古老的類星體對(duì)研究早期宇宙至關(guān)重要。“目前主流的理論認(rèn)為，黑洞是在恒星死亡時(shí)產(chǎn)生的，而類星體又是由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的。故而古老類星體的存在可以限制宇宙中第一代恒星的最晚形成時(shí)間以及隨后的黑洞成長(zhǎng)過(guò)程。” 劉四明介紹道，“換句話說(shuō)，類星體出現(xiàn)得越早，對(duì)現(xiàn)有主流宇宙模型以及人們對(duì)黑洞產(chǎn)生和生長(zhǎng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)的挑戰(zhàn)也越大?！?/p>

根據(jù)目前的宇宙模型，早期的宇宙是“一團(tuán)高度均勻的火球”，充滿著氫與氦。隨著宇宙的不斷膨脹，宇宙的溫度逐漸降低，使原本的電離氣體變成了中性的氣體而失去了發(fā)光的能力，宇宙冷卻并進(jìn)入“黑暗時(shí)代”。但是這些冷卻的氣體在空間并不是絕對(duì)均勻分布的，這些不均勻分布的氣體最終在引力的作用下榻縮形成了第一代恒星。第一批恒星和星系的出現(xiàn)花了大約3億至4億年的時(shí)間，又開(kāi)始使宇宙升溫。

驅(qū)動(dòng)類星體發(fā)光的黑洞如何在幾億年的時(shí)間里由幾十個(gè)太陽(yáng)大小長(zhǎng)到十幾億太陽(yáng)大小，一直困擾著天文學(xué)家和宇宙學(xué)家。這一發(fā)現(xiàn)為早期宇宙中黑洞的形成和生長(zhǎng)理論提出了巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)目前的宇宙模型，自宇宙大爆炸起計(jì)算，幾乎不可能在這么短的時(shí)間內(nèi)，形成成熟的恒星，并且等待它死亡坍塌形成黑洞，而且還能在幾億年內(nèi)成長(zhǎng)到十幾億太陽(yáng)大小。

劉四明認(rèn)為，這個(gè)類星體的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于早期宇宙的研究有著重要意義?！俺霈F(xiàn)非常古老而巨大的黑洞可能會(huì)動(dòng)搖目前‘黑洞是恒星死亡產(chǎn)物’的理論。因?yàn)閺膸资畟€(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞成長(zhǎng)成15億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞需要很長(zhǎng)的時(shí)間”，劉四明解釋道，“這可能會(huì)促使我們更新對(duì)早期宇宙的認(rèn)識(shí)?！?/p>