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130億歲 韋伯望遠鏡發現「最古老黑洞」解這道難題

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在遙遠星系中心不斷增長的黑洞或類星體示意圖。圖/NASA/JPL-加州理工學院
在遙遠星系中心不斷增長的黑洞或類星體示意圖。圖/NASA/JPL-加州理工學院

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【中時新聞網 張威翔】韋伯太空望遠鏡(JWST)發現有史以來觀測到最古老的黑洞,距今有130億年的歷史,僅約在大爆炸後4億年形成,而且他吞噬物質的速度比預期還要快,這樣的現象為天文學家開了一扇窗,即大型黑洞如何增長的理論提供了一些關鍵資訊。

據《天文學》(Astronomy)19日報導,天文學家在大熊座 (Ursa Major)的星系GN-z11中,發現了目前已知最古老的黑洞,這個黑洞位於星系GN-z11的中心,其質量約為太陽的數百萬倍,於大約130億年前,即大爆炸後4億年形成,隨後開始吞噬物質。

韋伯太空望遠鏡(JWST)發現了這個黑洞發光的吸積盤,為天文學中一個最大未解之謎,即第一個黑洞到底是如何形成的,提供了一些寶貴的資訊,這一次的觀測結果已於上週三(17)發表在《自然》(Nature)期刊上。

GN-z11是最早形成的星系之一,它比我們的銀河系小。劍橋大學的研究主持人馬約里諾(Roberto Maiolino)表示「非常早期的星系富含大量氣體,所以它們對黑洞來說簡直就像是自助餐吃到飽。」因此,有足夠的「食物」來養活一個不斷增長的超大質量黑洞。

但是,黑洞吞噬的速度是有限的,被稱為愛丁頓光度,或者是愛丁頓極限(Eddington limit),如果黑洞嘗試更快地吞噬物質,那麼吸積盤會持續加熱到形成高能粒子的「強風」。如此一來,黑洞將會吹走自己的吸積盤 (上面的物質),反而吞噬不到新的物質,進而限制自己的增長。

這樣的「強風」還會在黑洞之外產生深遠的影響,會使星系內的星際氣體升溫,變得「太熱」而無法凝聚形成恆星,從而抑制了星系內的恆星形成。

不過在某些情況下,黑洞可以超越愛丁頓極限,又不會失去吸積盤。這被稱為超艾丁頓吸積(super-Eddington accretion),而這似乎是在GN-z11中正在發生的事情。

這個古老的黑洞正以5倍的愛丁頓極限吞噬物質,這可能讓天文學家確認了一一種大型黑洞增長的理論:它們可以暫時超越愛丁頓極限,經歷短暫的超艾丁頓吸積階段後,然後再次平靜下來。

文章來源:JWST finds oldest black hole ever seen, and it’s hungry

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