科学家发现早期宇宙黑洞“种子”

据美国趣味科学网站报道，天文学家可能首次在早期宇宙中发现重型“黑洞”种子存在的证据。

这种所谓的种子也许可以帮助解释，一些质量超大的黑洞(质量相当于太阳的数百万倍甚至数十亿倍)如何能在大爆炸发生后不到10亿年时间里迅速形成。

重型黑洞种子可能是质量大约相当于太阳4000万倍的黑洞。它们被认为形成于巨大气体云的直接坍塌，与巨大恒星到达生命终点并在自身引力的作用下坍塌时孕育出的典型黑洞不同。理论上存在这类重型黑洞种子的星系被称为超大黑洞星系。

这些星系很可能距离我们非常遥远。宇宙有着138亿年历史，我们能通过望远镜观察到的是这些星系在宇宙刚刚诞生4亿年左右时的样子。现在，科学家可能终于识别出其中一个超大黑洞星系。

哈佛-史密森天体物理学中心研究员阿科什·波格丹领导的团队，在利用詹姆斯·韦布空间望远镜和美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台研究一个类星体时，首次发现了一个具有黑洞质量特点的天体。由质量超大的黑洞提供能源的类星体是亮度极高的、活跃的星系核心。事实上，它们的亮度如此之高，以至于超过了其所处星系所有恒星亮度的总和。

波格丹和同事们研究的这个类星体位于一个名为UHZ1的星系中。

结果证明，韦布空间望远镜和钱德拉天文台获得的关于UHZ1的数据，与超大黑洞星系预计的数据相一致。研究团队通过钱德拉天文台发现了X射线辐射，这些X射线表明存在着一个与这个类星体有关的提供能量或“共生”的黑洞，这对于把周围的星系确认为超大黑洞星系是一个特别有说服力的证据。

研究人员还把他们的观察结果与重型黑洞种子快速成长的模拟进行了比较，发现两者之间高度吻合。他们在比较过程中发现，吻合程度最高的是经历几亿年成长的质量相当于1万个太阳的种子。

超大质量黑洞巨大的体积并未让科学家们过于困惑。这是因为这些宇宙巨人有数十亿年的时间成长，它们一直吞噬周围的气体和尘埃并与其他黑洞融合。

但因为这些成长机制估计要花费数十亿年时间，发现在大爆炸发生仅5亿年至10亿年间就存在的类似超大质量黑洞非常具有挑战性。当时的质量积聚机制没有足够的时间产生如此巨大的黑洞。但这恰恰是借助韦布空间望远镜和其他仪器对早期宇宙进行研究的科学家们发现的结果。

一个理论是这些黑洞在质量积聚过程中从较小的黑洞“种子”开始成长，因而获得了领先优势。

这一理论有两个占主导地位的思路。一方面，专家们认为超大质量黑洞可能从质量大约相当于太阳的10倍至100倍的轻型黑洞种子成长起来。这些轻型种子理论上是通过恒星质量黑洞产生的标准机制诞生的，即宇宙初代恒星的死亡和坍塌。

另一方面，早期超大质量黑洞可能从质量大约相当于太阳10万倍的重型黑洞种子成长起来。这些重型种子可能通过巨大的物质云坍塌直接形成，完全跳过了其他黑洞经历的“恒星”阶段。天文学家把这些黑洞称为直接坍塌黑洞。

然后，这些直接坍塌黑洞可能伴随宇宙早期很常见的星系融合成长，星系融合也会提供气体和尘埃让这些黑洞吞噬。最终，其他黑洞可能与它们发生碰撞并融合到一起。

（责编：赵珊）