天文学家首次震惊发现：黑洞以理论极限的2.4倍增长

科学家们在早期宇宙中发现了一个巨大的黑洞，其增长速度是理论爱丁顿极限（Eddington limit）的 2.4 倍。该项研究可能有助于回答天体物理学中最大的问题之一。

美国宇航局钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的文学家们发现，一个黑洞正以有史以来最快的速度增长，它以理论极限的2倍多吞噬物质。这一发现或许有助于解释为什么一些黑洞在大爆炸后能够相对较快地达到巨大的质量。

这个黑洞的质量约为太阳的10亿倍，距离地球约128亿光年，这意味着天文学家在宇宙诞生后仅9.2亿年才观测到它。它产生的X射线比宇宙最初10亿年中观测到的任何其他黑洞都要多。

这个黑洞正在为一个被科学家称为类星体的物体提供能量。类星体是一个极其明亮的天体，其亮度甚至超过了整个星系。这个发光怪物的能量来源是大量物质围绕着黑洞涌入。

尽管同一团队两年前就发现了它，但他们直到2023年才利用钱德拉望远镜的观测发现了这个类星体RACS J0320-35的与众不同之处。X射线数据显示，这个黑洞的增长速度似乎超过了这类天体的正常极限。

领导这项研究的马萨诸塞州剑桥哈佛与史密森天体物理中心的卢卡·伊吉纳 (Luca Ighina) 称：看到这个黑洞突飞猛进地增长，真是有点令人震惊。这项研究现已发表在《天体物理学杂志快报》上。

当物质被拉向黑洞时，它会被加热，并产生包括X射线和可见光在内的宽谱强辐射。这种辐射会对下落的物质产生压力。当物质下落的速度达到临界值时，辐射压力会与黑洞的引力平衡，物质通常无法以更快的速度向内下落。这个最大值被称为爱丁顿极限。

科学家认为，生长速度低于爱丁顿极限的黑洞，其诞生质量需要达到太阳质量的1万倍或以上，才能在大爆炸后10亿年内达到10亿倍太阳质量——正如RACS J0320-35观测到的那样。如此高诞生质量的黑洞可能直接源于一个奇特的过程：一团巨大的致密气体云坍缩，其中含有异常少量的比氦重的元素，这种情况可能极为罕见。

如果 RACS J0320-35 确实以较高的速度增长（估计为爱丁顿极限的 2.4 倍），并且持续了一段时间，那么它的黑洞可能以更传统的方式开始形成，质量不到一百个太阳，是由一颗大质量恒星内爆引起的。

研究参与者、意大利布雷拉天文台的阿尔贝托·莫雷蒂表示：“经过了解黑洞的质量并计算出它的增长速度，我们能够逆向推算出它诞生时的质量。通过这项计算，我们现在可以检验关于黑洞诞生的不同观点。”

为了弄清这个黑洞的增长速度（每年300到3000个太阳），研究人员将理论模型与钱德拉X射线光谱（提供不同能量的X射线量）进行了比较。钱德拉光谱提供了不同能量的X射线量。他们发现，钱德拉光谱与他们对黑洞增长速度超过爱丁顿极限的模型的预期非常吻合。可见光和红外数据也支持这样的解释：这个黑洞的膨胀速度超过了爱丁顿极限允许的速度。

天体物理中心的托马斯·康纳说道称：“宇宙是如何创造出第一代黑洞的？这仍然是天体物理学中最大的问题之一，而这个物体正在帮助我们寻找答案。”

这一结果解答的另一个科学谜团是关于某些黑洞喷流的成因，这些喷流的速度接近光速，就像 RACS J0320-35 中看到的那样。这种喷流在类星体中并不常见，这可能意味着黑洞的快速增长在某种程度上促成了这些喷流的产生。

该类星体此前是在利用澳大利亚平方公里阵列探路者望远镜进行射电望远镜巡天时发现的，该巡天结合了暗能量相机的光学数据。暗能量相机是安装在智利托洛洛山美洲际天文台维克多·M·布兰科4米望远镜上的仪器。美国国家科学基金会国家光学-红外天文研究实验室位于智利帕雄山的双子座南望远镜也被用于测量RACS J0320-35的精确距离。