130亿岁 韦伯望远镜发现「最古老黑洞」解释了一道难题

在遥远星系中心看到的不断增长的黑洞或类星体的美术图。（NASA/JPL-加州理工学院）

韦伯太空望远镜（JWST）发现有史以来所观测到最古老的黑洞，距今有130亿年的历史，仅约在大爆炸后4年亿年诞生，而且他比吞噬物质的速度比预期还要快，这样现象为天文学家开了一扇窗，为大型黑洞的如何增长的理论提供了一些关键资讯。

据《天文学》（Astronomy）19日报导，天文学家在大熊座 （Ursa Major）的星系GN-z11中，发现了目前已知最古老的黑洞，其质量约为太阳的数百万倍。它位于该星系（Galaxy）的中心，于大约130亿年前，即大爆炸后4亿年，开始吞噬物质。韦伯太空望远镜（JWST）发现了黑洞发光的吸积盘的迹象，这一发现突显了天文学中一个最大的未解之谜，即第一个黑洞到底是如何形成的。目前这一次的观测结果已于上周三（17）发表在《自然》（Nature）期刊上。

GN-z11是最早形成的星系之一，它比我们的银河系小。剑桥大学的研究主持人马约里诺（Roberto Maiolino）表示「非常早期的星系富含大量气体，所以它们对黑洞来说简直就像是自助餐？」因此，有足够的食物来养活一个不断增长的超大质量黑洞。

但是，黑洞吞噬的速度是有限的，被称为爱丁顿光度又称爱丁顿极限（Eddington limit）。如果黑洞尝试更快地吞噬物质，那么吸积盘会加热到形成高能粒子的强风。如此一来，黑洞将会吹走自己的吸积盘（上面的物质）然后吞噬不到新的物质，限制自己的增长。

这样的「强风」还会在黑洞之外产生深远的影响，会使星系内的星际气体升温，变得太温暖而无法凝聚形成恒星，从而抑制了星系内的恒星形成。

不过在某些情况下，黑洞可以超越爱丁顿极限，又不失去吸积盘。这被称为超艾丁顿吸积（super-Eddington accretion），这似乎正是在GN-z11中正在发生的事情。

那个古老的黑洞正以5倍的爱丁顿极限吞噬物质，这可能让天文学家确认了一一种大型黑洞增长的理论：它们可以暂时超越爱丁顿极限，经历短暂的超艾丁顿吸积阶段后，然后再次冷静下来。