130億歲!科學家發現迄今最古老隱身黑洞
2019年08月22日09:57

  來源:科技日報

  據美國國家航空航天局(NASA)官網近日報導,一個國際天文學家團隊通過錢德拉X射線天文台(CXO)在早期宇宙中發現了一個黑洞,它被氣體所覆蓋,是迄今發現的距離最遠的黑洞,誕生於大爆炸後8億年,距今約130億年。

  這是人們在早期宇宙中發現的首個被氣體隱藏的黑洞。研究人員認為,誕生於宇宙早期的黑洞可能很多都很隱蔽,未被發現,對其進行深入研究有助於揭示黑洞的生長曆程。

  迷霧遮蔽的類星體

  超大質量黑洞的質量是太陽的數百萬到數十億倍,通常通過吞噬周圍物質而不斷長大。快速生長的黑洞會在周圍一小片區域產生大量輻射。科學家認為這個極其明亮、緊湊的光源是類星體(quasar)。

  目前的理論認為,在一個超大質量黑洞成長的早期階段,稠密的氣體雲會將物質輸送到其周圍的圓盤內,而這個盤狀區域會遮蔽或隱藏類星體的大部分強光。隨著黑洞吞噬物質並變得更加龐大,氣體雲被逐漸耗盡,黑洞及其明亮的圓盤才開始“現形”。

  研究團隊負責人、智利天主教大學的法比奧·維托說:“發現尚在隱蔽階段的類星體十分難得,因為其大部分輻射都被吸收了,目前的儀器無法探測到。多虧了CXO以及X射線穿透雲層的能力,我們終於將其‘活捉’。”

  此次最新發現來自於科學家們對一顆名為PSO167-13的類星體的觀察。這顆類星體最初由位於夏威夷的“泛星計劃”(Pan-STARRS)發現。“泛星計劃”和其他光學觀測已經發現了約200顆類星體,它們在宇宙還不到10億歲時就已發出明亮的光芒。

  光學觀測方法只能有效探測到未被遮蔽的黑洞。因為甚至由氣體和塵埃所構成的薄薄的雲層都會限製儀器檢測到的輻射範圍。所以科學家一開始認定PSO167-13也來自一個未被遮蔽的黑洞。

  為了驗證這一想法,維托的團隊通過使用錢德拉X射線天文台觀測了PSO167-13和其他9個類星體。經過16個小時的觀測,僅從PSO167-13中檢測到3個X射線光子,它們均具有較高能量。由於低能X射線比高能X射線更容易被吸收,因此可能的解釋是,此次觀測的類星體被氣體高度遮蔽,科學家們只能探測到高能X射線。

  研究報告撰寫者之一、賓夕法尼亞州立大學帕克分校的尼爾·勃蘭特說:“正如我們所預期的那樣,其他9個所觀測到的類星體都未被遮擋。但PSO167-13完全出乎了我們的預料。這就像你想觀察一隻飛蛾,卻直接發現了它的繭。”

  伴星星系又添猜想

  此外,科學家們還發現,PSO167-13所在的星系擁有一個緊密的伴星星系。該星系是由位於智利的阿塔卡瑪大毫米陣列(ALMA)和哈勃太空望遠鏡(HST)發現。由於這兩個星系過於“親密”,且X射線源又很微弱,研究小組無法確定新發現的X射線輻射與類星體PSO167-13有關,還是與其伴星星系有關。

  如果X射線來自類星體本身,那麼天文學家需要解釋,為什麼類星體在X射線波段高度模糊,而在可見光波段卻並非如此。一種可能性是,在進行光學觀測和X射線觀測之間的三年間,類星體的隱蔽性急劇增加。

  另一方面,如果X射線來自伴星星系,那麼它代表著科學家們在PSO167-13附近發現了一個新的類星體。這將是科學家們迄今探測到的最遙遠的一對類星體。

  不管哪種情況,錢德拉X射線天文台探測到的類星體將是迄今被觀測到的最遙遠的類星體,誕生於宇宙大爆炸後8.5億年的PSO167-13打破了此前保持的13億年的紀錄。研究人員計劃進行後續觀察來分辨X射線來源,同時尋找更多高度隱蔽的黑洞樣本。

  意大利博洛尼亞國際宇宙研究中心的羅伯特·吉利說:“我們懷疑,早期宇宙中的大多數超大質量黑洞都是隱蔽的。因此,對它們進行探測和研究至關重要,有助於瞭解它們是如何快速成長到10億個太陽質量。”

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