本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
這篇文章是與我的著作《重力引擎：吹泡泡的黑洞如何統治星系、恆星和宇宙生命》（大眾科學/FSG）出版相伴的系列文章中的第四篇。
十年前，宇宙陷入了困境。
或者更確切地說，我們人類關於宇宙中所有恆星和星系本質的微不足道的理論陷入了困境。在那個時候，我們已經設法發現了許多關於我們宇宙環境的非凡事物。我們探測到了被稱為宇宙微波背景的原始輻射場的遺蹟中微小的非均勻性，並且我們有越來越有力的證據表明，正常物質——我們構成的物質——僅佔宇宙總原始質量的五分之一。其餘的是暗物質，一種鮮少發生粒子間相互作用的神秘物質，但質量足夠大，其引力支配著星系中恆星的運動以及星系團和超星系團的巨大結構。
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憑藉這些觀測結果，以及我們關於這些特徵如何轉化為宇宙中結構的播種和引力增長的模型，我們可以構建虛擬現實，在其中星系和恆星將出現並填充一個虛構的宇宙。然後，可以將這些模擬與我們宏大的宇宙學地圖以及我們對周圍所有明亮和黑暗區域的統計計數進行比較。這是一種確認我們想法的方式，將虛擬宇宙與真實宇宙進行比較。而這就是問題所在，因為這些模型中的大多數看起來不太像真實的東西。
事實是，模擬過度生產了恆星，並且過度生產了大型明亮的星系。它們沒有產生一個看起來像我們宇宙的宇宙。關於可能的原因的爭論激烈。可能是用於模擬虛擬星系中恆星產生的計算機演算法存在嚴重缺陷。也可能是我們遺漏了一個關鍵組成部分，一種額外的能量來源，它可以抑制真實宇宙中的過程，阻礙星系的生長並調節來自虛擬星雲的恆星誕生。但那會是什麼呢？可能是恆星自身釋放的能量——大質量太陽快速燃燒其核燃料並以超新星爆發，這可能會對後續世代的形成施加速度限制。也可能是潛伏在宇宙黑暗小巷和偏僻角落的其他東西。
長期以來，超大質量黑洞一直被懷疑是一種破壞性因素。正如我在本系列上一篇文章中寫道的那樣，當它們吞噬物質時，它們可能會非常吵鬧，將能量反向釋放到周圍的宇宙中。在星系團內部，我們看到它們在星系際氣體中吹泡泡併產生波浪，這種現象減緩了氣體凝結成冷卻星雲和新恆星的速度。在其他地方，我們看到輻射和粒子的沖刷淹沒了星系，這是一種零星但強大的力量。這看起來像是一個有希望的解決方案，但仍然不完整。
當我我和我的同事們在遙遠的宇宙過去偶然發現了一條重要的線索時，我個人確信這些巨洞在“修剪”星系和恆星中發揮了作用。為了讓黑洞提供缺失的環節，它們需要幫助阻礙最大星系的生長。這意味著它們需要從一開始就參與其中，但這尚未得到證實。幸運的是，我們在大約 120 億光年之外的地方，在星系演化的早期早晨，發現了這種情況。
它有一個極其乏味的名字 4C 41.17。一個遙遠的強烈無線電波源，由於宇宙的膨脹，其光線被拉伸、紅移了 3.8 倍。使用夏威夷的巨型凱克望遠鏡，七個小時的曝光使我們能夠拍攝到最初來自該系統的紫外線光影像——揭示了一個氣體潮起潮落的動盪場景。深紅外影像還顯示了大量的星塵，其中碳富集顆粒的質量是太陽質量的 6 億倍，這是恆星誕生和死亡狂潮的指紋。然後，我們使用了 NASA 的錢德拉 X 射線天文臺進行了 40 個小時的觀測，收集了最微弱的 X 射線光的耳語，總共只有 150 個 120 億年前的光子。但這正是我們所需要的，因為它們揭示了整個故事。
在這個年輕的星系深處，有一個超大質量黑洞。當它吞噬物質時，它以接近光速的速度噴射出電子。當這些粒子高速飛離時，它們遇到了宇宙背景輻射，即原始光子。但是，在 120 億年前，宇宙更加緊湊，背景輻射比今天更溫暖，因此，當這些遭遇發生時，能量交換的效率遠高於今天。黑洞加速的電子將原始光子提升為 X 射線，而 X 射線穿透了這個年輕星系的黑暗，改變了其新恆星的產生。
這是一個令人興奮的發現。一個生動的證明，表明我們確實需要黑洞，它們不僅僅是宇宙演化遊戲中的旁觀者，而是中心角色，無論是今天、昨天，還是之前的所有昨天。
宇宙中恆星的數量，以及星系的本質，都極大地歸功於這些最極端和最奇特的物理現象的行為。十年前，它們幫助解決了一個謎團的一部分，誰知道接下來我們將瞭解它們什麼。
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