科學家發現巨大黑洞：挑戰星系形成理論

新浪科技訊 北京時間7月31日消息，據國外媒體報道，在大多數星系的中心都能發現黑洞的存在，而大部分黑洞的質量與其宿主星系比起來都無足輕重。然而，蘇黎世聯邦理工學院的科學家發現了一個質量尤其巨大的黑洞，其成長速度顯然超過了本身所處的星系。這一現象讓天文學家開始質疑以往有關星系與其中心黑洞共同演化的理論。

Benny Trakhtenbrot是蘇黎世聯邦理工學院天文學研究所的科學家，他和一個天體物理學國際團隊正在尋找宇宙初期巨型黑洞的蹤跡，所用的設備是位於夏威夷的10米口徑凱克望遠鏡。儘管這是很常規的觀測，但Trakhtenbrot和團隊成員們在第一次發現這樣的黑洞時都感到十分驚奇。他們獲得的數據揭示出，在一個遙遠的星系(稱為CID-947)中，存在著一個巨大的黑洞。由於該星系的光線到達地球需要一段相當長的時間，因此天文學家觀測到的是宇宙只有不到20億歲的情形，這只是宇宙目前年齡的14%(從宇宙大爆炸至今已經過去了約140億年)。

天文學家對凱克天文台的數據進行分析後發現，CID-947星系的黑洞擁有相當於70億個太陽的質量，是目前發現的最大黑洞之一。不過，令研究者驚奇的不是黑洞的質量，而是CID-947星系的質量。「觀測數據對應的是一個典型星系的質量，」 Trakhtenbrot說，「所以，我們看到的是在一個正常大小的星系中，出現了一個超大型的黑洞。」 Trakhtenbrot目前是一位博士後研究員，在Macella Carollo教授的河外天體物理學團隊中工作。他們的結果實在是太過出乎意料，團隊中的兩位天文學家不得不各自對星系質量進行了驗證。兩個人最終得到了相同的結論。該團隊的研究結果發表在近期的《科學》(Science)雜誌上。

早期宇宙中有什麼不同？

大部分星系，包括我們所在的銀河系，都在中心處有一個黑洞，其質量可達數十億個太陽的質量總和。研究共同作者、蘇黎世理工學院的Kevin Schawinski教授說：「黑洞是具有極其強大引力的物體，沒有任何東西——包括光——能逃脫它們的引力。愛因斯坦的相對論描述了黑洞如何彎曲時空本身。」物質在受到黑洞引力作用時，會獲得極大的加速度，並發出特定的高能輻射，這種現象也證實了黑洞的存在。

到目前為止，天文學家的觀測已經表明，宿主星系(host galaxy)中包含的恆星數量越大，其中心的黑洞也越大。「這一結果與目前的宇宙是相符的，而這隻反映了宇宙近期的情況。」 Trakhtenbrot說道。這一聯繫以及其他證據，使科學家提出了這樣的假說：黑洞的成長和恆星的形成是齊頭並進，「手拉著手」的。Trakhtenbrot稱，這一假說值得商榷，想像一下，這些恆星的形成和黑洞的「補給」都來自一個共同的冷氣體池。而且，之前的研究顯示，在黑洞成長過程中釋放的輻射會控制，甚至中止恆星的形成，因為這些釋放的能量會加熱氣體。然而，最新的研究結果表明，這些過程可能以不同的方式進行，至少在早期宇宙中如此。

恆星繼續形成

Trakhtenbrot及其同事所發現的這個遙遠的年輕黑洞，質量比其宿主星系小大約10倍。在目前的宇宙中，黑洞的質量通常只能佔到宿主星系質量的0.2%到0.5%。「這意味著該黑洞的成長效率比它所處的星系高得多——否定了預言它們『手拉著手』共同發展的模型」，蘇黎世理工學院的研究人員解釋道。

研究人員對觀測結果的分析還顯示，儘管黑洞已經到達成長期的末段，但恆星還是在不斷形成。與以往假說不同的是，黑洞驅使的能量和氣體流並沒有阻止恆星的形成。

CID-947星系在未來還將繼續成長，而黑洞質量與恆星質量之間仍然有著重要的聯繫。研究人員認為，CID-947星系可能會成為目前宇宙中最極端、最大型的星系系統的前體，就如同距離銀河系約2.2億光年的英仙座NGC 1277星系。他們希望利用智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波射電望遠鏡陣列(ALMA)的觀測，獲得更多有關黑洞與宿主星系的關聯信息。

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