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科学家发现迄今最古老隐身黑洞

2019-08-23 09:13:43  来源:科技日报

据美国国家航空航天局(NASA)官网近日报道,一个国际天文学家团队通过钱德拉X射线天文台(CXO)在早期宇宙中发现了一个黑洞,它被气体所覆盖,是迄今发现的距离最远的黑洞,诞生于大爆炸后8亿年,距今约130亿年。

这是人们在早期宇宙中发现的首个被气体隐藏的黑洞。研究人员认为,诞生于宇宙早期的黑洞可能很多都很隐蔽,未被发现,对其进行深入研究有助于揭示黑洞的生长历程。

迷雾遮蔽的类星体

超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍,通常通过吞噬周围物质而不断长大。快速生长的黑洞会在周围一小片区域产生大量辐射。科学家认为这个极其明亮、紧凑的光源是类星体(quasar)。

目前的理论认为,在一个超大质量黑洞成长的早期阶段,稠密的气体云会将物质输送到其周围的圆盘内,而这个盘状区域会遮蔽或隐藏类星体的大部分强光。随着黑洞吞噬物质并变得更加庞大,气体云被逐渐耗尽,黑洞及其明亮的圆盘才开始“现形”。

研究团队负责人、智利天主教大学的法比奥·维托说:“发现尚在隐蔽阶段的类星体十分难得,因为其大部分辐射都被吸收了,目前的仪器无法探测到。多亏了CXO以及X射线穿透云层的能力,我们终于将其‘活捉’。”

此次最新发现来自于科学家们对一颗名为PSO167-13的类星体的观察。这颗类星体最初由位于夏威夷的“泛星计划”(Pan-STARRS)发现。“泛星计划”和其他光学观测已经发现了约200颗类星体,它们在宇宙还不到10亿岁时就已发出明亮的光芒。

光学观测方法只能有效探测到未被遮蔽的黑洞。因为甚至由气体和尘埃所构成的薄薄的云层都会限制仪器检测到的辐射范围。所以科学家一开始认定PSO167-13也来自一个未被遮蔽的黑洞。

为了验证这一想法,维托的团队通过使用钱德拉X射线天文台观测了PSO167-13和其他9个类星体。经过16个小时的观测,仅从PSO167-13中检测到3个X射线光子,它们均具有较高能量。由于低能X射线比高能X射线更容易被吸收,因此可能的解释是,此次观测的类星体被气体高度遮蔽,科学家们只能探测到高能X射线。

研究报告撰写者之一、宾夕法尼亚州立大学帕克分校的尼尔·勃兰特说:“正如我们所预期的那样,其他9个所观测到的类星体都未被遮挡。但PSO167-13完全出乎了我们的预料。这就像你想观察一只飞蛾,却直接发现了它的茧。”

伴星星系又添猜想

此外,科学家们还发现,PSO167-13所在的星系拥有一个紧密的伴星星系。该星系是由位于智利的阿塔卡玛大毫米阵列(ALMA)和哈勃太空望远镜(HST)发现。由于这两个星系过于“亲密”,且X射线源又很微弱,研究小组无法确定新发现的X射线辐射与类星体PSO167-13有关,还是与其伴星星系有关。

如果X射线来自类星体本身,那么天文学家需要解释,为什么类星体在X射线波段高度模糊,而在可见光波段却并非如此。一种可能性是,在进行光学观测和X射线观测之间的三年间,类星体的隐蔽性急剧增加。

另一方面,如果X射线来自伴星星系,那么它代表着科学家们在PSO167-13附近发现了一个新的类星体。这将是科学家们迄今探测到的最遥远的一对类星体。

不管哪种情况,钱德拉X射线天文台探测到的类星体将是迄今被观测到的最遥远的类星体,诞生于宇宙大爆炸后8.5亿年的PSO167-13打破了此前保持的13亿年的纪录。研究人员计划进行后续观察来分辨X射线来源,同时寻找更多高度隐蔽的黑洞样本。

意大利博洛尼亚国际宇宙研究中心的罗伯特·吉利说:“我们怀疑,早期宇宙中的大多数超大质量黑洞都是隐蔽的。因此,对它们进行探测和研究至关重要,有助于了解它们是如何快速成长到10亿个太阳质量。”

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