震驚！在宇宙誕生僅僅5.7億年之后，就有超大質(zhì)量黑洞出現(xiàn)了！這件事有那么神奇嗎？有，因為在理論上，那個年代還不應該出現(xiàn)這種恐怖的天體。
黑洞，是愛因斯坦廣義相對論預言的一種天體，指的是在某個空間內(nèi)，由于物質(zhì)極度密集，以至于所有的物質(zhì)集中于一個點，因此擁有了無限的密度和巨大的引力，連附近的光也能吞噬。
根據(jù)目前的研究，黑洞的形成與恒星的死亡有關。當大質(zhì)量恒星進入演化末期時，就會通過超新星爆發(fā)的形式死亡，內(nèi)核坍縮成為黑洞。以這種方式形成的黑洞被稱為恒星級黑洞，如果想要成長為超大質(zhì)量黑洞，還需要吞噬大量的物質(zhì)才可以。
這個過程用語言解釋起來看似很短，實則十分漫長。宇宙天體的時間動輒以百萬年為單位來衡量，以億年來衡量的情況更為常見。
按照上面這個流程，首先要在宇宙大爆炸后形成恒星，然后恒星走完一個完整的生命周期，才能爆發(fā)為超新星，形成黑洞。恒星級黑洞的質(zhì)量不會超過太陽的100倍，而超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量則超過太陽的100萬倍。一個黑洞想要吞噬這么多的物質(zhì)，所要花費的時間也不會太短。
正因如此，宇宙早期出現(xiàn)這樣的超大質(zhì)量黑洞，才讓天文學家如此困惑。只有找到更多、更早的樣本，天文學家才有可能破解這其中的謎題。
想要觀測到這樣的黑洞并不容易，因為它們都處在宇宙的邊緣，只有最強大的觀測設備才能看到它們。提到當今世界最強大的望遠鏡，美國宇航局的詹姆斯·韋布太空望遠鏡自然是其中之一。最近，正是憑借著韋布的強大觀測能力，天文學家發(fā)現(xiàn)了人類已知最古老的超大質(zhì)量黑洞。
在《天體物理學雜志》上，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的天體物理學家Rebecca Larson介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。
根據(jù)他們的觀測，這個黑洞距離我們超過132億光年，可見其距離確實極為遙遠。由于光年就是以光在真空中運行一年的距離來定義的，因此它和我們的距離就與所處的年代是相同的含義。換句話說，這個黑洞在我們眼中展現(xiàn)出的形象，其實是它在宇宙大爆炸后僅僅5.7億年時的模樣。
這個年代確實非常古老，古老到挑戰(zhàn)了天文學的理論，就像剛才說的，按照前面的理論，當時宇宙中不應該有這么巨大的黑洞。
宇宙在從大爆炸中誕生后，很快進入到了黑暗時代。這段時間，宇宙中遍布著中性氫原子。由于這些原子都不攜帶電荷，所以保持穩(wěn)定的狀態(tài)，無法相互吸引并形成恒星，所以宇宙是十分黑暗的。
在機緣巧合之下，有一些氫原子發(fā)生了電離，在電磁力的作用下，有些氫開始結合，最終形成局部較強的引力，又吸收更多氫原子，形成了恒星。這段時期，就被稱為宇宙的再電離期。
在這個時候，氫原子就會釋放出一種特殊的輻射，叫萊曼-阿爾法輻射，這就是天文學家了解這段宇宙歷史的重要線索。
2015年，天文學家利用哈勃太空望遠鏡觀測到了一個遙遠的星系，當時命名為EGSY8p7，后來改名為CEERS 1019。不過，由于它處在宇宙邊緣，宇宙膨脹導致的多普勒效應使得它發(fā)出的光被拉長到紅外波段，這是哈勃所無法觀測的范圍。而韋布望遠鏡最擅長的就是進行紅外波段的觀測，非常適合捕捉遙遠宇宙的古老信息。
研究人員僅僅利用韋布進行了1個小時的觀測，就獲取到了海量的數(shù)據(jù)。在這份數(shù)據(jù)中，有研究人員注意到這個星系中有一種特殊的光芒。一般來說，天文學家在這么早期的星系中能夠看到的光有兩種來源，分別是活躍星系核以及恒星形成的過程。其中，活躍星系核就是星系中心的超大質(zhì)量黑洞，由于瘋狂吞噬周圍的物質(zhì)而釋放出巨大的光芒。
令人意外的是，在CEERS 1019中，研究人員竟然同時觀測到了這兩種現(xiàn)象，這在以往是從來沒有過的情況。
研究人員經(jīng)過討論和分析，確定了這個星系中隱藏著一個巨大的黑洞。根據(jù)它和我們之間的距離，可以確認它形成于宇宙大爆炸的僅僅5.7億年后，質(zhì)量大約是太陽的900萬倍。
這不算是早期宇宙中最大的黑洞。在此之前，天文學家曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過一個在宇宙年齡僅有6.9億年時存在的黑洞，其質(zhì)量達到了太陽的8億倍；還有一個名叫J0313-1806的星系中，有一個質(zhì)量達到太陽16億倍的黑洞，存在于宇宙大爆炸的6.7億年后。
和它們不同的是，CEERS 1019的黑洞處在更早期的宇宙中，這意味著它很可能展現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞更早的階段。900萬倍太陽質(zhì)量在超大質(zhì)量黑洞中絕對談不上巨大，研究人員推測，這個黑洞或許恰好展示了超大質(zhì)量黑洞形成過程中的關鍵環(huán)節(jié)。
根據(jù)它所表現(xiàn)出來的特征，研究人員推測這個黑洞的前身很可能是宇宙中的第一代恒星。這些恒星生命短暫，只有幾百萬年，因此如今人類的所有觀測設備都無法看到它們的廬山真面目。但這些恒星普遍極其巨大，因此形成的黑洞也應該比今天的質(zhì)量更大一些。這些黑洞起點就比其他同類高，看起來更容易形成超大質(zhì)量黑洞，并且成長速度也更快。
至于CEERS 1019表現(xiàn)出的恒星形成的光芒，很可能是星系碰撞的結果。在宇宙早期，星系之間的碰撞很常見，這個過程不僅會促進黑洞的成長，也會加速恒星的形成。
總而言之，想要完整地了解宇宙早期超大質(zhì)量黑洞形成的機制，就需要科學家們持續(xù)觀測，捕捉到各個階段的圖像，才能將它們串聯(lián)在一起，梳理其中全部的過程和細節(jié)。
就像我們說的，研究人員在這一次過程中，只借助韋布望遠鏡進行了一個小時的觀測，就獲得了這么多信息。如果再延長觀測時間，天文學家不僅可以對這個星系和黑洞有更加深入的了解，還可以通過長時間曝光看到更加遙遠、黯淡的星系，也就是那些更加古老的星系。
研究人員相信，人類觀測到的最遙遠、最古老的黑洞紀錄很快就會被打破。他們不會因為無法保持這項紀錄而失望，恰恰相反，他們會非常開心，因為這意味著人類距離破解宇宙早期的演化之謎又更近了一步。
