發現觀測史上最遙遠的類星體距離131億光年

一隊由亞利桑那大學天文系斯圖爾德天文台（Steward Observatory）以王飛格博士為首，楊錦怡博士、樊曉輝教授及其他成員組成的國際研究團隊，發現了觀測歷史上最遠的類星體（quasar）。 這個類星體距離地球約131億光年，由一個黑洞作為它的能量來源。這個黑洞是我們太陽質量的十六億倍，比我們整個銀河系光亮一千倍，顯示自從宇宙誕生以來僅僅六億七千萬年，巨大的星系和巨大的黑洞就已經存在，以及這些天體在短時間內就已經形成。

在典型星系的中心是一個非常大的黑洞（超大黑洞）。當巨大的黑洞吸引大量周圍物質時，會在黑洞周圍形成氣體盤（吸積盤）。 由黑洞吸引大量物質的能量帶到吸積盤中，因此吸積盤變得非常熱，並且吸積盤以電磁波的形式散發大量能量。星系中心核心比母系星系本身發光更明亮，稱為活動星系核心，而最亮的天體稱為類星體。由於它是非常明亮的天體，因此即使在很遙遠的太空也可以觀察到它的存在。

這次發現的類星體編號J0313-1806。通過大型的射電望遠鏡陣列，天文學家可以精確測量到該類星體的距離。這個發現比三年前創下的最遙遠的類星體記錄上又推前了二千萬光年。

據估計，J0313-1806中心黑洞的質量是太陽的十六億倍，這是以前有紀錄最遠的黑洞的兩倍。這次發現提供了最早的證據，證明黑洞正在影響周圍的星系。更近的星系的觀測顯示，巨大的黑洞會影響星系。 但這是我第一次捕捉到宇宙歷史這麼早就發生的事情。

光由J0313-1806需要一百三十一億光年才能抵達地球，這意味著我們正在尋找一個存在於一百三十一億年前的類星體。是一個太陽質量十六億億倍的巨型黑洞存在於一百三十一億年前，這個事實也說明了太空早期階段的一個巨大黑洞的形成機制。

在研究人員看來，考慮到根據某種理論模型，這次黑洞的生長，在宇宙誕生後大約一億年，需要一個黑洞的種子，它的質量是太陽的一萬倍。作為超巨型黑洞的形成機理，是由巨大恆星引起超新星爆炸並變成黑洞，然後這些理論聯合起來成為超巨型黑洞或巨大的恆星團坍塌並立即成為超巨型黑洞的理論。但是樊曉輝教授認為很難對黑洞做出預期的種子。

王飛格博士說：「研究結果證明，黑洞的種子是由其它機制產生。這種物質從宇宙開始就存在。冷氫氣雲的崩潰可能直接造成了黑洞的種子。」

楊錦怡博士表示，觀測結果還可以發現，圍繞巨大黑洞的星系正在以比我們的銀河系快二百倍的速度產生恆星。這是那個時代相對活躍的恆星形成星系，可以看到帶有巨大黑洞的星系正在迅速增長。

從類星體中心的亮度估計，巨大的黑洞每年會吞下相當於二十五個太陽的物質。由於與此同時釋放的能量，離子化氣體從星系中心猛烈噴出，流動氣體的速度高達光速的20％。如此猛烈的氣體爆發，星系中的恆星形成即將結束，因為噴出的氣體是恆星的物質。

黃飛格博士說：「由於巨大的黑洞，星系有可能在某個時候停止產生恆星。我們知道恆星的形成將在稍後停止。 但是我們仍然不知道這在宇宙中發生的時間有多早，這個類星體顯示停止恆星形成可能在宇宙的歷史中很早就發生。當失去氣體時，黑洞的食物也消失，黑洞的增長可能會停止。」

【圖：國家科學基金會；文：節譯自美國國家射電天文台2021年1月12日新聞公佈；學者中文名字查證：林景明】研究結果刊登在2021年1月8日的 arXiv 論文預印本的網站