Benny Trakhtenbrot是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院天文學(xué)研究所的科學(xué)家，他和一個天體物理學(xué)國際團隊正在尋找宇宙初期巨型黑洞的蹤跡，所用的設(shè)備是位于夏威夷的10米口徑凱克望遠(yuǎn)鏡。盡管這是很常規(guī)的觀測，但Trakhtenbrot和團隊成員們在第一次發(fā)現(xiàn)這樣的黑洞時都感到十分驚奇。他們獲得的數(shù)據(jù)揭示出，在一個遙遠(yuǎn)的星系(稱為CID-947)中，存在著一個巨大的黑洞。由于該星系的光線到達(dá)地球需要一段相當(dāng)長的時間，因此天文學(xué)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(jīng)過去了約140億年)。

天文學(xué)家對凱克天文臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，CID-947星系的黑洞擁有相當(dāng)于70億個太陽的質(zhì)量，是目前發(fā)現(xiàn)的最大黑洞之一。不過，令研究者驚奇的不是黑洞的質(zhì)量，而是CID-947星系的質(zhì)量。“觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的是一個典型星系的質(zhì)量，” Trakhtenbrot說，“所以，我們看到的是在一個正常大小的星系中，出現(xiàn)了一個超大型的黑洞。” Trakhtenbrot目前是一位博士后研究員，在Macella Carollo教授的河外天體物理學(xué)團隊中工作。他們的結(jié)果實在是太過出乎意料，團隊中的兩位天文學(xué)家不得不各自對星系質(zhì)量進(jìn)行了驗證。兩個人最終得到了相同的結(jié)論。該團隊的研究結(jié)果發(fā)表在近期的《科學(xué)》(Science)雜志上。

早期宇宙中有什么不同?

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(zhì)量可達(dá)數(shù)十億個太陽的質(zhì)量總和。研究共同作者、蘇黎世理工學(xué)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(zhì)在受到黑洞引力作用時，會獲得極大的加速度，并發(fā)出特定的高能輻射，這種現(xiàn)象也證實了黑洞的存在。

到目前為止，天文學(xué)家的觀測已經(jīng)表明，宿主星系(host galaxy)中包含的恒星數(shù)量越大，其中心的黑洞也越大。“這一結(jié)果與目前的宇宙是相符的，而這只反映了宇宙近期的情況。” Trakhtenbrot說道。這一聯(lián)系以及其他證據(jù)，使科學(xué)家提出了這樣的假說：黑洞的成長和恒星的形成是齊頭并進(jìn)，“手拉著手”的。Trakhtenbrot稱，這一假說值得商榷，想象一下，這些恒星的形成和黑洞的“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，甚至中止恒星的形成，因為這些釋放的能量會加熱氣體。然而，最新的研究結(jié)果表明，這些過程可能以不同的方式進(jìn)行，至少在早期宇宙中如此。

恒星繼續(xù)形成

Trakhtenbrot及其同事所發(fā)現(xiàn)的這個遙遠(yuǎn)的年輕黑洞，質(zhì)量比其宿主星系小大約10倍。在目前的宇宙中，黑洞的質(zhì)量通常只能占到宿主星系質(zhì)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(yù)言它們‘手拉著手’共同發(fā)展的模型”，蘇黎世理工學(xué)院的研究人員解釋道。

研究人員對觀測結(jié)果的分析還顯示，盡管黑洞已經(jīng)到達(dá)成長期的末段，但恒星還是在不斷形成。與以往假說不同的是，黑洞驅(qū)使的能量和氣體流并沒有阻止恒星的形成。

CID-947星系在未來還將繼續(xù)成長，而黑洞質(zhì)量與恒星質(zhì)量之間仍然有著重要的聯(lián)系。研究人員認(rèn)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(tǒng)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(yuǎn)鏡陣列(ALMA)的觀測，獲得更多有關(guān)黑洞與宿主星系的關(guān)聯(lián)信息。