天文學家發現了有史以來最古老的超大質量黑洞——一個龐然大物，當宇宙只有目前年齡的 5% 時，它成長為太陽質量的 8 億倍，一項新的研究發現。
這個新發現的巨大黑洞形成於大爆炸後僅 6.9 億年大爆炸，有一天可能有助於揭示許多宇宙謎團，例如黑洞如何在宇宙大爆炸後迅速達到龐大的尺寸，以及宇宙如何擺脫曾經充滿整個宇宙的渾濁霧氣，研究人員在新研究中表示。
質量是太陽數百萬到數十億倍的超大質量黑洞被認為潛伏在大多數（如果不是全部）星系的中心。先前的研究表明，當這些巨頭撕裂恆星併吞噬物質時，它們會釋放出異常大量的光，並且很可能是類星體的驅動力，類星體是宇宙中最明亮的天體之一。[宇宙中最奇異的黑洞]
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天文學家可以探測到來自宇宙最遙遠角落的類星體，這使得類星體成為已知最遙遠的天體之一。最遙遠的類星體也是已知最早的類星體——一個類星體越遙遠，它的光到達地球所需的時間就越長。
先前最早、最遙遠類星體的記錄由 ULAS J1120+0641 創造。該類星體位於距地球 130.4 億光年處，存在於大爆炸後約 7.5 億年。新發現的類星體（及其黑洞）名為 ULAS J1342+0928，距離地球 131 億光年。
黑洞怪物如何成長
解釋黑洞如何在宇宙歷史早期吞噬足夠的物質以達到超大質量，已被證明對科學家來說極具挑戰性。因此，研究人員希望儘可能多地觀察早期超大質量黑洞，以更多地瞭解它們的生長及其對宇宙其餘部分的影響。
“最遙遠的類星體可以為天體物理學中未解決的問題提供關鍵見解，”該研究的主要作者、卡內基科學研究所的天體物理學家愛德華多·巴尼亞多斯說。
研究人員預測，在地球上可見的整個天空中，只有 20 到 100 個像新發現的類星體一樣明亮和遙遠的類星體存在。
“這個特殊的類星體非常明亮，它將成為後續研究的金礦，並將成為研究早期宇宙的關鍵實驗室，”巴尼亞多斯告訴 Space.com。“我們已經為這個天體獲得了許多世界上最強大的望遠鏡的觀測機會。可能會出現更多驚喜。”
發現一個龐然大物
研究人員使用智利拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠鏡之一，以及亞利桑那州的大型雙筒望遠鏡和夏威夷的雙子座北望遠鏡，探測和分析了類星體 ULAS J1342+0928。它的中心黑洞質量約為太陽質量的 8 億倍，存在於宇宙僅 6.9 億年，或僅佔當前年齡的 5% 時。[無處可逃：黑洞的解剖結構（資訊圖）]
“所有這些質量——幾乎是太陽質量的 10 億倍——需要在不到 6.9 億年的時間內聚集起來，”巴尼亞多斯說。“這非常難以實現，理論家需要在他們的模型中解釋這一點。”
像 J1342+0928 這樣的類星體非常罕見。研究人員搜尋了地球上可見的整個天空的十分之一，只發現了一個來自這個早期的類星體。
這個新發現的類星體與之前的記錄保持者之間僅相隔約 6000 萬年。儘管如此，這段時間“約佔宇宙年齡的 10%，在那些早期的宇宙時代，事物演化得非常迅速，”巴尼亞多斯說。這意味著這種時間差異可能為早期宇宙的演化提供重要線索。
這個新的類星體也引起了科學家的興趣，因為它來自一個被稱為“再電離時期”的時期，當時宇宙從黑暗時代中出現。“這是宇宙的最後一次重大轉變，也是當前天體物理學的前沿領域之一，”巴尼亞多斯在一份宣告中說。
大爆炸之後，宇宙是一個快速膨脹的熱離子湯，或帶電粒子。大約 38 萬年後，這些離子冷卻並聚結成中性氫氣。宇宙保持黑暗，直到引力將物質聚集到第一批恆星中。來自這個時代的強烈紫外線導致這種渾濁的中性氫被激發並電離，或獲得電荷，並且自那時以來，氣體一直保持在這種狀態。一旦宇宙被再電離，光就可以在太空中自由傳播。
一瞥早期宇宙
關於再電離時期仍然有很多未知之處，例如是什麼光源導致了再電離。一些先前的研究表明，大質量恆星主要負責再電離，但其他研究暗示，黑洞是這一事件背後一個重要且可能占主導地位的罪魁禍首。[關於宇宙的 7 個驚人事實]
“宇宙再電離發生的方式和時間對宇宙如何演化具有根本性的影響，”巴尼亞多斯說。
新的發現表明，在新發現的類星體附近，很大一部分氫是中性帶電的。這表明這個類星體來自再電離時期，進一步分析它可能會深入瞭解在這個關鍵時期發生了什麼。
然而，為了真正更多地瞭解再電離時期，科學家需要的不僅僅是一兩個早期、遙遠的類星體來觀察。“我們需要找到更多距離相似或更遠的類星體，”巴尼亞多斯說。“這非常困難，因為它們非常罕見。這真的就像大海撈針。”
儘管如此，這個新發現的類星體如此明亮和龐大，表明“它可能不是有史以來形成的第一個類星體，所以我們需要繼續搜尋，”巴尼亞多斯說。
科學家們在 12 月 7 日出版的《自然》雜誌上詳細介紹了他們的發現。研究人員還在《天體物理學雜誌快報》上發表了一篇配套論文。
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