類星體是宇宙中最明亮的天體，其中心黑洞瘋狂吞噬周圍物質而發出極強的光芒。通過長期的觀測研究，天文學家確定早期宇宙的類星體中含有超大質量黑洞。但這些黑洞是如何在宇宙誕生不久就“成長”為超大質量黑洞，一直是一個有爭議的熱門課題。
近日，美國亞利桑那大學史都華天文臺的天文學家發現了早期宇宙中質量最大的類星體，其擁有著一個15億倍太陽質量的黑洞，相關研究結果已發表在《天體物理學》雜志上。據悉，這個新發現的類星體被正式命名為J1007+2115，它是已知距離我們最遠的也是最老的類星體之一。
早期宇宙中的超大質量黑洞困擾天文學家
類星體是目前已知宇宙中最活躍的天體之一，也是人類觀測到的最遙遠的天體。“根據目前的理論，類星體由超大質量黑洞驅動。在黑洞吞噬塵埃、氣體甚至整個恒星等周圍物質的過程中，大量的引力能被釋放出來，部分引力能轉化為輔射，從而導致類星體的亮度可以超過整個宿主星系。”中國科學院紫金山天文臺教授劉四明表示。
J1007+2115的紅移數據顯示，其發出的光線經過130.2億年的“長途跋涉”才最終到達地球。這就意味著，它至少在宇宙大爆炸后7億年前就已存在。
“宇宙一直處于膨脹的過程中，故而距離我們越遠的天體，其形成的時間越早。新發現類星體的光譜分析，可以用來估計驅動其發光的黑洞質量。”劉四明介紹道，“由于膨脹宇宙中的光子紅移現象，距離我們越遠的天體，其產生的光子在被我們探測到時波長也越長。遠處天體的輻射功率可以由觀測到的輻射強度和距離得到，輻射功率越大，黑洞的質量也越大。”
如此古老且質量巨大的類星體，為研究人員提供了一個難得的研究機會，或許能夠解答一個長期困擾天文學家的問題——為何宇宙早期能夠形成超大質量黑洞?
對此，曾有天文學家推測，宇宙中那些古老的超大質量黑洞可能形成于早期宇宙中的超大質量恒星。理論上來說，與黑洞的緩慢“成長”不同，恒星在形成時能以更快地速度獲取質量，所以在早期宇宙中大質量恒星更容易形成。當這些巨大的恒星坍縮時，便形成了一個古老且質量巨大的黑洞。不過，截至目前，天文學家并未在早期宇宙中發現這樣的超大質量恒星，這一理論還有待進一步的驗證。
新發現或動搖黑洞是恒星死亡產物理論
古老的類星體對研究早期宇宙至關重要。
根據目前的宇宙模型，早期的宇宙是一團“高度均勻的火球”，充滿著氫與氦。隨著宇宙不斷膨脹，宇宙的溫度逐漸降低，使得原本的電離氣體變成了中性氣體而失去了發光的能力，宇宙逐漸冷卻并進入“黑暗時代”。但是這些冷卻的氣體在空間中并不是絕對均勻分布的，氣體較為密集的區域，最終在引力的作用下坍縮形成了第一代恒星。第一代恒星和星系的出現花了大約3億至4億年的時間，使得宇宙開始逐漸升溫。
可見第一代恒星和星系的形成都是如此“費時費力”。
“目前主流的理論認為，黑洞是在恒星死亡時產生的，而類星體又是由超大質量黑洞驅動的。故而古老類星體的存在可以限制宇宙中第一代恒星的最晚形成時間，并幫助我們了解隨后的黑洞成長過程。”劉四明介紹道，“換句話說，類星體出現得越早，對現有主流宇宙模型以及人們對黑洞產生和生長過程的認識挑戰也越大。”
“出現非常古老而巨大的黑洞可能會動搖目前‘黑洞是恒星死亡產物’的理論。因為從幾十個太陽質量的黑洞成長成15億個太陽質量的黑洞需要很長的時間。”劉四明解釋道，“這可能會促使我們更新對早期宇宙的認識。”(記者 張 曄)
