目前最古老的特大質量黑洞被發現！

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剛發現的特大質量黑洞J1342+0928是當前發現的最古老的黑洞。圖中類星體大小為按比例繪製。

credit: Jinyi Yang / University of Arizona; Reidar Hahn / Fermilab; M. Newhouse / NOAO / AURA / NSF

從古至今，天文學家就像歷史學家一樣，孜孜不倦地將宇宙時間往前推，竭盡所能地想要窺探宇宙早期的情況。在這個探尋過程中的最新的發現，就是2017年12月6號在《Nature》雜誌上宣布被發現的類星體J1342+0928。這個由黑洞提供能量的明亮類星體如同一盞明燈，其紅移量7.54，形成時間距大爆炸僅6億9千萬年。

這不是天文學家們發現的最早的天文對象，他們還曾捕捉到大爆炸後4億年形成的星系。但是J1342+0928包含了目前發現的最古老的特大質量黑洞，比之前的此項記錄保持者要早約5千萬年。

天文學家積極追逐上古的類星體，是因為他們想知道第一個特大質量黑洞是怎麼形成的。為此，他們需要知道宇宙早期有多少黑洞存在，在不同時期那些黑洞有多大，這就需要很多調查和研究了。作為尋找最古老類星體調查的參與者之一，卡耐基科學研究所Eduardo Ba?ados及其同儕發現了J1342+0928。由於距地球太遠，它發出的光因宇宙膨脹產生的紅移大量增加。雖然它在短波下不可見，但在更長更紅的波段卻展現出來，這才使得它最終被發現。

基於J1342+0928的亮度和氣體繞中心黑洞旋轉的速度（由運動帶來的鎂離子譜線被拓寬的程度決定），研究小組成員估計該黑洞的質量大約是8億顆太陽的總和，這要比其競爭者 J1120+0641稍小（20億）。

為了解宇宙為何在短短十億年間形成這麼巨大的黑洞，天文學家們已經求索了一段時間了。有可能的一種解釋是小型的黑洞吞噬物質時速度異常快，或者巨大的雲團直接會陷入大的黑洞中。類似於J1342+0928這樣研究對象的發現終有一天會幫助我們回答這個問題。

黑洞以外

藝術家描繪的概念圖：處於宇宙早期的類星體J1342+0928。這顆黑洞處在大爆炸後6億9千萬年幾乎中性的宇宙中，星系剛剛開始誕生，充斥宇宙的氫氣正在被重塑。

credit: Robin Dienel/ Carnegie Institute for Science

這次發現的後續工作——從J1342+0928的宿主星系的氣體和星塵中追蹤其射頻輝光，由幾名研究小組成員共同完成，德國馬克思-普朗克天文研究所的Bram Venemans在天體物理學通訊（ Astrophysical Journal Letters）予以發表。這些後續工作需要研究者們花很多精力來做推演。簡單來說，這個星系看起來很小，卻星塵密布。

另一個跟它有相同宇宙年齡的A1689-zD1也有很多星塵，但沒有J1342+0928這麼多。總體說來，這顆類星體的宿主星系的含塵量要比與其宇宙年齡相近的其他「普通」星系高，但與同樣具有高紅移的類星體比起來，含塵量倒是差不多。

星塵來自老化或者是死亡的恆星。早期的星系常常快速生成恆星，這一點可能可以對此進行解釋。但是，這些觀察結果究竟有沒有向我們傳遞這些星系裡恆星誕生的相關事實還未可知。

但關於這顆最新發現的類星體，最重要的還是它的的環境。利用它的光束作為背景光，研究小組在附近區域定位了顯著的中性氫氣體的光譜痕迹。天文學家們在第二古老的類星體J1120+0641周圍也看到了同樣的痕迹，但是在它們之後幾百萬年的類星體之中則幾乎沒有了。

這次結果證明了J1342+0928生成於在再電離紀元，正值早期星系的輻射將充斥在宇宙中的氫原子撕裂，任其電離——宇宙現在仍處於此種狀態。再電離是一次根本性變革，如同黎明降臨宇宙。

研究小組估計J1342+0928周圍的氫大約一半是中性、一半是電離狀態，這對後期的再電離極為有益，也與宇宙微波背景的結果相符。

翻譯：廢慢

校對：七七

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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