錢德拉發現最遙遠的黑洞

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NASA錢德拉X射線天文台的數據揭示最遙遠的黑洞。

Credits: X-ray: NASA/CXO/Pontificia Universidad Catolica de Chile/F. Vito; Radio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); optical: Pan-STARRS

天文學家利用錢德拉X射線天文台發現了一個早期宇宙的黑洞，它被大量氣體掩蓋，是迄今為止發現的最遠的黑洞。這個黑洞存在於大爆炸後8億年（當今宇宙年齡為138億年），這是人們發現的第一個跡象，證明宇宙歷史早期存在這樣的黑洞。

超大質量黑洞的質量是太陽的數百萬到數十億倍，通常通過從周圍物質盤中吸取物質來增長。快速的增長會導致黑洞周圍一小片區域內產生大量輻射。科學家將這種非常明亮、緊湊的光源稱為「類星體（quasar）」。

根據目前的理論，在黑洞的早期成長階段，一團密集的氣體將物質輸送到黑洞周圍的圓盤中，將類星體大部分的明亮光線從我們的視野中隱藏起來。隨著黑洞快速消耗物質並變得更加龐大，氣體雲被逐漸耗盡，我們就能觀測到黑洞周圍明亮吸積盤了。

「在這種『隱形階段』找到類星體是極具挑戰性的，因為它們的大部分輻射都被吸收，目前的儀器無法檢測到，」來自智利天主教大學（位於智利聖地亞哥）的研究員Fabio Vito說道，「多虧了錢德拉和X射線穿透氣體雲的能力，我們終於做到了。」

這一新發現來自對類星體PSO167-13的觀測，最初由夏威夷的光學望遠鏡Pan-STARRS發現。光學望遠鏡的觀測發現，當宇宙年齡不到10億年時，大約有200個類星體已經很明亮了。這些望遠鏡只能有效地發現無遮掩的黑洞，因為薄薄的氣體和塵埃雲就可以削弱儀器檢測到的輻射。由於PSO167-13是這些觀測之一，天文學家預計它未被遮擋。

Vito的團隊通過使用Chandra觀測PSO167-13以及其他九個類星體來測試這個想法。經過16個小時的觀測後，僅從PSO167-13中檢測到三個X射線光子，均具有相對較高的能量。由於低能X射線比高能X射線更容易被吸收，可能的解釋是，類星體被氣體高度遮擋，因此我們只能檢測到高能X射線。

來自賓夕法尼亞州立大學、該文論的共同作者Niel Brandt說：「這完全是一個驚喜，就像我們期待一隻飛蛾，卻找到了一個繭。正如預期，我們觀測到的其他9個類星體都未被遮擋。」

關於PSO167-13的一個有趣的轉折是，它所在的星系有一個緊密的伴星系（companion galaxy），之前被智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）和哈勃太空望遠鏡所觀測到。由於它們距離太近，而且X射線源又很微弱，該團隊無法確定新發現的X射線是來自類星體PSO167-13還是邊上的伴星系。

如果X射線來類星體，那麼天文學家需要解釋為什麼類星體在X射線中看起來非常隱晦，而在可見光下則不然。一種可能性是，在進行光學和X射線觀測所間隔的三年中，類星體被遮蔽的程度大幅度並快速增加。

另一方面，如果X射線來自伴星系，那麼說明我們在PSO167-13附近探測到了一個新的類星體。這將是我們迄今為止發現的最遙遠的類星體對（quasar pair）。

無論是哪種情況，錢德拉探測到的類星體來自大爆炸後8億年，將是人們看到的最遠的類星體。在此之前，最早的記錄是13億年。

研究團隊計劃跟進更多觀測以了解更多信息。

來自智利天主教大學、千禧天體物理學研究所（Millennium Institute of Astrophysics，MAS）的成員、論文共同作者Franz Bauer表示，「通過更長時間的錢德拉觀測，我們將能夠更好地估計黑洞被遮蔽的程度，並且識別出X射線源究竟是來自類星體還是伴星系。」

研究團隊還計劃尋找更多高度隱蔽的黑洞。

「我們懷疑早期宇宙中的大多數超大質量黑洞是高度隱蔽的：所以探測並研究它們、了解它們如何能夠如此迅速地增長到十億個太陽質量，是至關重要的，」來自義大利國家天文物理研究所（INAF，位於義大利博洛尼亞）、共同作者Roberto Gilli說。

研究結果的論文發表在《天文與天體物理學報（Astronomy and Astrophysics）》，可在線獲取。NASA馬歇爾太空飛行中心負責管理錢德拉計劃。史密森天體物理天文台的錢德拉X射線中心（位於馬薩諸塞州劍橋）控制科學和飛行操作。

來源：NASA愛好者

作者：太陽城的好公民

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