一個迅速增長且巨大的黑洞，打破科學家過往的認知。（圖片來源：Adobe Stock）
宇宙早期的黑洞如何在短時間內成長為超大質量天體，一直是天文學界的重要謎題。一項由NASA的錢德拉X射線天文台提供的觀測資料，讓科學家發現一個可能正在以極端速度增長的黑洞，這項發現可能有助於解釋宇宙誕生早期就出現巨大黑洞的原因。
來自宇宙早期的巨大黑洞
研究團隊觀測到一個黑洞與名為RACS J0320-35的類星體有關，這個黑洞距離地球約128億光年，人類看到它的樣貌時，宇宙年齡僅約9.2億年。科學家預估它的質量已達太陽的十億倍。更令人驚訝的是，這個天體釋放的X射線亮度，比目前在宇宙最初十億年間觀測到的其他黑洞都更加強烈。
類星體是宇宙中最明亮的天體之一，光度甚至可能超過整個星系。這種驚人的能量來源，正是大量物質在黑洞周圍形成吸積盤，並且持續落入黑洞的過程。
成長速度可能突破理論極限
在2023年透過錢德拉望遠鏡的X射線觀測時，科學家注意到它的異常之處。研究顯示，這個黑洞的成長速度似乎超越了天文學理論中的一個重要界限「愛丁頓極限」。
一般而言，當物質大量落入黑洞時，吸積過程會產生強烈輻射。這些輻射向外施加壓力，當壓力與黑洞的引力達到平衡時，物質落入的速度就難以再提升，這個臨界值就是愛丁頓極限。然而，研究模型顯示，RACS J0320-35的黑洞可能以約2.4倍愛丁頓極限的速度成長，每年增加的質量相當於300到3000個太陽。
黑洞誕生方式可能有兩種
這項結果也引出了另一個問題：這個黑洞最初是如何形成的？科學家提出兩種可能：
第一種情況是黑洞一開始就擁有非常巨大的質量，相當於一萬個太陽。這種情形可能來自一團幾乎不含重元素的巨大氣體雲直接坍縮而成，但這種過程被認為相當罕見。
另一種可能是它最初只是由一顆大質量恆星崩塌形成的小型黑洞，質量不到太陽的一百倍。若是它之後長時間以超過愛丁頓極限的速度吸積物質，也可能在宇宙早期迅速成長為超大質量黑洞。
透過推算黑洞目前的質量與成長速率，研究人員希望能反推它誕生時的規模，進而檢驗不同的黑洞形成理論。
接近光速的宇宙噴流
研究指出，像RACS J0320-35這樣的類星體，有時會向外噴射接近光速的粒子流，這種現象在類星體中其實並不常見，而快速成長的黑洞可能與噴流的形成存在某種關聯。
多座望遠鏡共同揭開祕密
這顆類星體最早是透過澳洲平方公里陣列探路者進行的射電巡天發現，之後結合多種望遠鏡與觀測設備的資料，包括暗能量相機的光學觀測與智利雙子座南望遠鏡的距離測量，最終才確認這個天體的位置與性質。
宇宙中第一代黑洞如何形成，仍是天體物理學最重要的未解之謎之一。透過RACS J0320-35這樣的極端天體，科學家得以觀察黑洞在宇宙早期可能出現的成長方式。隨著更多觀測資料累積，研究人員希望能逐步拼湊出宇宙最初黑洞誕生與成長的完整歷史，理解這些巨大天體如何在短短數億年內迅速壯大，成為宇宙中的「重量級巨獸」。
責任編輯:星躍
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