科學家發現巨型黑洞的生長速度比理論極限快 2.4 倍

超大質量黑洞在宇宙的遙遠地區，人們發現以有史以來最快的速度吞噬物質。

在名為 RACS J0320-35 的類星體星系的中心，距大爆炸，黑洞似乎正在以 2.4 倍的速度吞噬物質愛丁頓限制– 根據哈佛大學和史密森尼天體物理中心的天體物理學家盧卡·伊吉納 （Luca Ighina） 領導的團隊的理論最大速率。

眾所周知，這種超愛丁頓吸積可能有助于解釋超大質量黑洞在宇宙甚至十億年的年齡之前，質量就增長到太陽的數十億倍。

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“宇宙是如何創造第一代黑洞的？”天體物理學家托馬斯·康納說哈佛大學和史密森尼天體物理學中心。“這仍然是天體物理學中最大的問題之一，而這個物體正在幫助我們尋找答案。”

超大質量黑洞是宇宙中的主要參與者。物質排列在星系中，這些星系圍繞著這些黑洞提供的引力樞紐旋轉，這是將星系固定在軌道上的粘合劑。

但它們也是一個謎.超大質量黑洞的質量是太陽的數百萬到數十億倍，潛伏在宇宙歷史的前十億年中——對于隨著時間的推移逐漸吞噬物質而形成的來說還為時過早。

這是因為黑洞一次只能吞下這么多物質。黑洞可以進食的最大可持續速率是愛丁頓極限。

當黑洞主動吸積大量物質時，它不會直接落下。相反，材料像水在排水管中旋轉一樣旋轉，只有材料在磁盤的內邊緣穿過地平線進入黑洞。同時，圓盤中令人難以置信的摩擦力和重力將材料加熱到極端溫度，使其用光芒燃燒.

但光的問題在于它會施加某種形式的壓力。單個光子不會起多大作用，但活躍的超大質量黑洞吸積盤的火焰是另一回事。在某個點，輻射的向外壓力與黑洞向內的引力相匹配，阻止物質靠近。這就是愛丁頓的極限。

然而，在短時間內，黑洞的吸積速率可以突破愛丁頓極限，在輻射壓力將其推開之前絕對吞噬物質。這種超級愛丁頓吸積是科學家認為黑洞可以變得如此之大在大爆炸之后的這么短的時間內。

為了使理論具有有效性，它有助于獲得觀察證據。這并不容易;宇宙的開始是遙遙無期的時空。

RACS J0320-35 可能是其中的一個證據。2023 年，在使用 NASA 錢德拉 X 射線天文臺獲得的 X 射線數據中發現了這個令人難以置信的明亮物體，在 X 射線中比宇宙前十億年來任何其他物體都亮。

然后使用巨型米波射電望遠鏡、澳大利亞望遠鏡緊湊型陣列和澳大利亞大型基線陣列進行后續射電觀測。對這些數據的分析揭示了星系的光是如何在電磁頻譜上分布的。

然后，研究人員將此與超級愛丁頓吸積的電磁分布模型進行了比較。他們發現 RACS J0320-35 發出的光非常匹配，這表明位于銀河系中心的超大質量黑洞正在沉迷于超級愛丁頓暴食。

這需要驗證，但研究人員提出了一個強有力的理由——這意味著 RACS J0320-35 可以成為模擬超大質量黑洞在萬物開始時如何形成和生長的工具。

“通過了解黑洞的質量并計算出它的生長速度，我們能夠向后估計它出生時的質量。”合著者阿爾貝托·莫雷蒂 （Alberto Moretti） 說意大利 INAF-Osservatorio Astronomico di Brera 的。“通過這個計算，我們現在可以測試關于黑洞如何誕生的不同想法。”

該研究已發表在天體物理學雜志快報.

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