天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了一个来自宇宙早期的巨大休眠黑洞，它距离宇宙大爆炸仅过去了8亿年。这个黑洞的质量是太阳的4亿倍，由于其大小和低吸积率，它对现有的黑洞成长模型提出了挑战。
《自然》杂志上的一项研究发现，早期宇宙中的黑洞会经历短时间的超高速增长，然后是长时间的休眠。 图片来源：Jiarong Gu
科学家们在早期宇宙中发现了一个巨大的黑洞，它似乎在饱餐之后正在"打盹"。这个黑洞就像大快朵颐后冬眠的熊一样，似乎是暴饮暴食，进入了宿主星系的休眠状态。
由剑桥大学领导的一个国际天文学家小组利用詹姆斯-韦伯太空望远镜探测到了这个古老的黑洞。 它的历史可以追溯到宇宙大爆炸之后的 8 亿年。
这个黑洞的质量是太阳质量的4亿倍，令人难以置信，是宇宙发展时期观测到的最大黑洞之一。 它的质量之大，约占其宿主星系整个质量的 40%--这与现代宇宙中的黑洞形成了鲜明对比，后者通常只占其星系质量的 0.1%左右。
然而，尽管它的体积巨大，这个黑洞却在以极低的速度吞噬或吸积它生长所需的气体--比它的理论最大极限低大约100倍--这使得它基本上处于休眠状态。
这样一个在宇宙中如此之早就存在的超大质量黑洞却没有增长，这对现有的黑洞发展模型提出了挑战。 不过，研究人员说，最有可能的情况是黑洞经历短时间的超高速增长，然后是长时间的休眠。 他们的研究结果发表在12月18日的《自然》杂志上。
当黑洞"打盹"时，它们的光亮度要低得多，因此更难被发现，即使是像韦伯望远镜这样的高灵敏度望远镜也不例外。 黑洞无法被直接观测到，而是通过黑洞边缘附近形成的漩涡状吸积盘的蛛丝马迹发现的。 吸积盘中的气体变得异常炽热，并开始发光和辐射紫外线范围内的能量。
"尽管这个黑洞处于休眠状态，但其巨大的体积让我们有可能探测到它，"领衔作者、剑桥大学卡弗利宇宙学研究所的伊格纳斯-尤德巴利斯（Ignas Juodžbalis）说。"它的休眠状态也让我们得以了解宿主星系的质量。 即使是在相对较小的星系中，早期宇宙也能产生一些绝对的怪物。"
根据标准模型，黑洞是由死亡恒星的坍缩残余物形成的，并吸积物质直至一个预测的极限，即爱丁顿极限，在这个极限下，物质受到的辐射压力超过了黑洞的引力。 然而，这个黑洞的巨大体积表明，标准模型可能无法充分解释这些怪物是如何形成和成长的。
"黑洞有可能'生来就很大'，这可以解释为什么韦伯在早期宇宙中发现了巨大的黑洞，"合著者之一、来自卡夫利研究所和剑桥卡文迪什实验室的罗伯托-马约利诺教授说。"但另一种可能是，它们会经历一段时间的亢奋期，然后是漫长的休眠期。"
剑桥大学的研究人员与来自意大利的同事合作，进行了一系列计算机模拟，以模拟这个休眠黑洞是如何在宇宙中如此之早就成长到如此巨大的。 他们发现，最有可能的情况是，黑洞可以在短时间内超过爱丁顿极限，在此期间，黑洞的增长速度非常快，然后是长时间的不活动：研究人员说，像这样的黑洞很可能吃了五百万到一千万年，睡了大约一亿年。
马约利诺说："用亢奋期来解释休眠黑洞听起来有悖常理，但这些短暂的亢奋期让黑洞在快速成长的同时，大部分时间都在打盹。"
由于休眠期比超高速增长期要长得多，天文学家最有可能在休眠期发现黑洞。尤德巴利斯说："这是我博士论文中的第一项成果，我花了一点时间才体会到它有多么了不起。直到我开始与天文学理论方面的同事交流，我才看到了这个黑洞的真正意义。"
由于亮度较低，休眠黑洞对天文学家来说更具探测难度，但研究人员表示，如果早期宇宙中的黑洞大部分时间都处于休眠状态，那么这个黑洞几乎可以肯定是更大冰山的一角。
马约利诺说："很可能绝大多数的黑洞都处于这种休眠状态--我很惊讶我们发现了这个黑洞，但想到我们还能发现更多的黑洞，我感到非常兴奋。"
编译自/ScitechDaily