“贪吃”的超大质量黑洞[下载]

黑洞是怎么“长大”的？这是天文学研究的一个重要课题。近期，研究团队发现了一个处于“狂吃”阶段的超大质量黑洞——它在宇宙大爆炸后约15亿年起就能以极快速度吞噬物质。这个名为LID-568的黑洞吞噬物质的速度超过“爱丁顿极限”40倍。它的发现为理解早期宇宙超大质量黑洞的形成和快速成长提供了宝贵线索。
同现有理论不符的新发现，往往蕴藏着科学发展的可能。黑洞研究已有100多年历史。黑洞是一种高密度天体，通常由大质量恒星或星云坍缩形成，其引力之强，使得周围一定范围内的光都无法逃脱。黑洞可以通过吸积（即吞噬）周围物质而实现成长。落入黑洞的物质越多越重，黑洞的质量、半径和体积也就越大。不过这些物质在落入黑洞前会围绕它形成发光发热的吸积盘，从而被人类探测到。同时，黑洞的寿命不是无限的。黑洞会产生一种被称为“霍金辐射”（因物理学家霍金发现而得名）的微弱辐射，从而最终蒸发消失。这个蒸发过程非常慢。据估计，诞生于宇宙之初，质量大于10亿吨的黑洞，现在应该还没有蒸发完。
目前，科学界关于早期黑洞的形成机制主要有两种理论——轻种子模型和重种子模型。前者认为，黑洞起源于宇宙最早一代恒星的坍缩，随后在吸积过程中逐渐增大。后者认为，黑洞直接由大质量气体云坍缩形成，起始质量更大。这两种理论均认为，超大质量黑洞的形成需要经过数亿年的持续吸积。同时，黑洞的生长受到“爱丁顿极限”的制约。“爱丁顿极限”是一个理论计算值，指黑洞在吸积物质时能够达到的最大亮度与吞噬速率的平衡点。理论上，超出这一极限，黑洞的辐射压力会将吸积物质向外推开，限制其进一步成长。
此次研究团队发现LID-568时，它的吸积率远超“爱丁顿极限”。这说明宇宙早期的黑洞可能经历过多个快速吸积阶段，以极快速度在成长。这一发现还证明，无论形成之初的质量如何，这类黑洞都能在短时间内快速“进食”，一口吃成“大胖子”。这一机制对理解黑洞形成过程至关重要，揭示了宇宙大爆炸后超大质量黑洞形成的潜在多样性。
近日，英国剑桥大学领衔的一个研究团队利用韦布空间望远镜，在大爆炸发生仅约8亿年后的早期宇宙中，探测到一个处于休眠状态的巨型黑洞，其质量高达太阳的4亿倍。研究团队认为它可能“生而巨大”，或者和LID-568一样在短时间内突破“爱丁顿极限”，快速生长，随后便进入漫长的休眠期。剑桥大学的发现进一步佐证了现有的黑洞增长模型仍有完善空间。
作为宇宙中最神秘的天体之一，超大质量黑洞不仅是星系中心的“心脏”，更是理解宇宙演化规律的关键。它的形成和成长以及与宿主星系的相互作用，勾勒出一个动态而复杂的宇宙生态系统。近年来，得益于观测工具的不断升级，人类对于黑洞的认知在不断刷新。几年前，人们通过视界面望远镜首次看到M87星系和银河系中心的黑洞照片。近两年，随着一些更为先进的望远镜的发射和应用，人们对于黑洞有了更多的了解。2021年12月发射的韦布空间望远镜，红外灵敏度极高，能够捕捉到光学波段无法观测到的距离地球很远的天体——高红移天体。
未来随着观测技术的提升和多学科交叉研究的深化，研究人员将能更详细地刻画黑洞的生长历史和物理机制。人类正逐步揭开隐藏在宇宙深处的“冰山”，这些新发现或将颠覆传统宇宙观，为探索自然界的终极奥秘开启新的篇章。