天文学家观察到一个黑洞的生长速度已远超爱丁顿极限

天文学家近日观测到一个黑洞的生长速度远超以往已知的极限，这一发现或将为理解“第一代超大质量黑洞”如何迅速形成提供线索。该黑洞位于遥远空间的类星体RACS J0320-35中，距离地球约128亿光年，质量约为太阳的十亿倍。由于距离极为遥远，天文学家实际上是在观察宇宙诞生后仅9.2亿年的景象。它释放的X射线强度高于目前在宇宙初期已探测到的任何一个黑洞。

艺术家对超大质量黑洞的构想图：黑洞周围环绕着向其坠落的物质盘，同时喷射出以接近光速运动的粒子流。该黑洞代表了近期发现的类星体，其能量源自黑洞。钱德拉望远镜的新观测表明，该黑洞的增长速度已突破黑洞通常的极限值——即爱丁顿极限。版权声明：NASA/CXC/SAO/M. Weiss。X射线图像：NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina等；概念图：NASA/CXC/SAO/M. Weiss；图像处理：NASA/CXC/SAO/N. Wolk

RACS J0320-35的黑洞为类星体提供能量，使其光芒超越整个银河系。2023年，团队利用钱德拉X射线天文台的新观测数据发现，这一黑洞的生长速度明显超过常见阈值。

研究负责人、美国哈佛-史密森天体物理中心的Luca Ighina表示：“这个黑洞的迅猛成长速度让我们感到震惊。”

在物质向黑洞坠落过程中，会剧烈加热并以多种波长辐射，包括X射线和可见光。这些辐射会形成外向压力，抵抗持续降落的物质。当物质流入达到一定极限时，辐射压力会与黑洞引力“拉锯”，限制物质进一步加速流入，这一上限被称为“艾丁顿极限”。

此前科学家认为，如果黑洞的生长速率低于艾丁顿极限，它诞生时至少应拥有一万个太阳的质量，才能在宇宙初期达到十亿太阳质量。而如此“庞大”的黑洞初始形成需要巨大气体云塌缩，且气体中几乎不含比氦更重的元素，这种机制被认为极为罕见。

但RACS J0320-35的黑洞实际生长速度可达艾丁顿极限的2.4倍。如果这种超速增长持续较长时间，其“出身”或许较为普通——由一颗巨大恒星坍缩而成，起始质量小于一百个太阳。

论文合作者、意大利布雷拉天体物理观测站的Alberto Moretti称：“通过相关质量及增长速度可反向推测黑洞诞生时的质量，这样我们能检验不同的黑洞‘出生说’。”

团队运用钱德拉X射线天文台得到的X射线谱，与理论模型比对，证实该黑洞正以每年300到3000个太阳的质量在增长。其光学和红外数据也支持“超艾丁顿增长”的解释。

此发现还为黑洞喷射物质的“宇宙之谜”提供线索。部分黑洞具备噴流机制，RACS J0320-35的黑洞亦如此。不过类星体极少见到这一现象，团队猜测高速增长或许与喷流相关。

该类星体由澳大利亚平方公里阵列探测器（ASKAP）及智利Cerro Tololo天文台暗能量摄像机首次发现，美国国家科学基金会的智利Gemini-South望远镜则测定了其距离。

钱德拉项目由NASA马歇尔航天中心管理，科学运作由史密森天体物理中心在马萨诸塞州剑桥与伯灵顿实施。

编译自/ScitechDaily