超大质量黑洞的祖先被哈勃发现，产生于宇宙爆炸后一秒

超大质量黑洞的老祖宗被哈勃发现，产生于宇宙爆炸后一秒

超大质量黑洞（英语：Supermassive black hole）是一种黑洞的类型，其质量介于100万倍至100亿倍太阳质量之间。通常相信在包括银河系在内所有星系的中心，都会有一个或数个超大质量黑洞的存在。

超大质量黑洞

在最近的一项研究中，来自哥本哈根大学和其他机构的天文学家确定了一个“超大质量黑洞的祖先”，它诞生于138亿年前大爆炸后不久。

利用哈勃太空望远镜，他们发现了一个距离地球130亿光年的红色尘埃物体。它诞生于big bang 7.5亿年后的“宇宙黎明”，可能是已知最早的超大质量黑洞祖先，为理解超大质量黑洞如何在早期宇宙中快速增长提供了新的途径。

超大质量黑洞的祖先

以前的模拟研究表明，这种物体存在，但天文学家表示，这是第一次实质性的发现。这个遥远天体的性质介于星系和类星体之间，是天文学家用哈勃太空望远镜发现的。哈勃望远镜作为标志性的太空望远镜，自1990年发射升空以来，已经成为人类天文学史上最重要的太空探索仪器。它不受天气变化和空气污染的影响，比地面上的望远镜看得更远，能更深入地观察宇宙深处。

深入地观察宇宙深处

这个古老的天体是“半星系，半类星体”，具有介于尘埃恒星形成星系和明亮发光黑洞(类星体)之间的特征。它被称为过渡红色类星体，理论上认为它存在于早期宇宙中，但之前从未被观测到。

在天文学中，“看得更远”意味着能够观察到宇宙中更早发生的现象。由这些现象发出的光和其他类型的辐射在被我们探测到之前将经历更长的传播时间。

GNz7q

这个由国际天体物理学家团队发现的物体将两个罕见的天体联系在一起——尘埃星爆和异常明亮的类星体，从而为理解早期宇宙中超大质量黑洞的快速增长提供了一种新的方法。

这个新发现的天体被研究小组命名为GNz7q，诞生于大爆炸后7.5亿年，大爆炸通常被认为是我们所知的宇宙的开端。BIGBANG发生在138亿年前，GNz7q的诞生期被称为“宇宙黎明”。

红外波段发出明亮的光

这个早期星系产生新恒星的速度似乎是今天银河系的1600倍。所有这些新恒星都释放出巨大的热量，加热了星系周围的气体，使其在红外波段发出明亮的光。在尘埃中，布拉默的团队发现了一个红色的斑点，一个巨大而紧凑的物体，被巨大的尘埃雾包围着。

这个新发现的物体被研究人员命名为GNz7q，位于这张哈勃望远镜深空探测图像的中心。

GNz7q的发现与一种特殊类型的类星体有关。科学家认为类星体是极其明亮的活动星系核，活动星系核发出的辐射是宿主星系中心超大质量黑洞物质吸积产生的。哈勃太空望远镜和其他先进望远镜拍摄的图像显示，类星体出现在星系的中心。

GNz7q的宿主星系是一个恒星形成非常活跃的星系，孕育恒星的速度是银河系的1600倍。这些恒星反过来会产生并加热宇宙尘埃，使其发出红外辐射；这些辐射如此强烈，以至于GNz7q的宿主星系比宇宙黎明中任何其他已知的天体都要亮。

极大质量黑洞

极大质量黑洞，存在于体积较大星系。2015年9月，天文学家发现一个超大质量黑洞位于超紧密矮星系M60-UCD1。

近年来，天文学家发现明亮的类星体由超大质量黑洞提供动力，黑洞的质量是太阳的几百万到几百亿倍，周围有大量气体。当气体落到黑洞时，会因摩擦而升温，从而产生强烈的发光效应。

超大质量黑洞是如何形成的？

超大黑洞通常存在于银河系中心，比如人马座A*。令人不解的是超大质量黑洞是如何形成和演化的。首先，恒星坍缩产生的恒星黑洞不应该是超大质量黑洞的起源，超大质量黑洞的起跑线明显更高。其次，超大质量黑洞诞生后，会经历很长一段时间的强劲增长。

超大质量黑洞诞生

科学家发现超大质量黑洞主要有两种“吃”的方式。首先是粉尘气体。这种模式通常出现在活动星系核中，超大质量黑洞不断在其周围积累尘埃和气体，整个过程相对温和。第二，吞噬星辰。这种方法的学名是恒星撕裂事件。当恒星落入超大质量黑洞时，首先被超大质量黑洞强大的潮汐力撕裂，然后恒星物质在黑洞周围形成吸积盘，然后被吞噬。整个过程相当紧张和短暂。

然而，这两种方法都无法对超大质量黑洞不可思议的形状给出满意的解释。现在，科学家似乎找到了一种喂养超大质量黑洞的新方法，这可能有助于揭开超大质量黑洞形成的奥秘。

理解超大质量黑洞在早期宇宙中是如何形成和成长的已经成为一个主要的难题。理论家们预测，这些黑洞将经历一个快速增长的早期阶段:一个被尘埃染红的致密物体将从一个被尘埃覆盖的星爆星系中出现，然后通过驱逐周围的气体和尘埃，逐渐成为一个未被覆盖的发光致密物体。

宇宙初始阶段存在明亮类星体

虽然有研究发现宇宙初始阶段存在明亮类星体，但在类似时期没有发现黑洞及其星爆宿主快速增长的过渡阶段。此外，GNz7q的观测特征与理论模拟符合得很好，表明这是充满尘埃的星核转变为黑洞并迅速增长的第一个例子。这个物体就是后来的超大质量黑洞的祖先。

有趣的是，GNz7q是在一个被广泛研究的天空区域的中心被发现的，这个区域被称为“哈勃商品北”。这说明重要的发现往往就藏在眼前。

詹姆斯·韦伯太空望远镜，找到类似GNz7q的天体

目前，研究小组希望借助美国国家航空航天局(NASA)新发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，找到类似GNz7q的天体。在詹姆斯·韦伯望远镜的帮助下，科学家有可能完全确定这些天体的特征，并更详细地探索它们的演化和潜在的物理现象。一旦进入正常运行，詹姆斯·韦伯望远镜将能够获得决定性的探测结果，以确定这些快速增长的黑洞有多常见。

具有强大引力的黑洞

黑洞的密度如此之大，以至于其引力如此之强，以至于任何形式的辐射(包括光)都无法逃脱。在宇宙中，黑洞是一个强大的引力源，可以吸走周围的尘埃和气体。天文学家认为，黑洞的强大引力维持着星系中恒星的轨道。

我们对黑洞是如何形成的仍然知之甚少。天文学家认为，它们可能是比太阳大10万倍的巨大气体云坍缩形成的最早的黑洞“种子”。许多这样的“种子”会融合形成一个更大的超大质量黑洞。在每个已知的大质量星系的中心，天文学家都发现了超大质量黑洞的存在。

另一种说法是，超大质量黑洞的“种子”可能来自一颗巨大的恒星，其质量约为太阳的100倍，最终在耗尽燃料并坍缩后形成黑洞。当这些巨星死亡时，它们也可能成为“超新星”，这是一种巨大的爆炸，将恒星外层的物质抛向深空。

形成超大质量黑洞的问题

形成超大质量黑洞的问题是如何在足够小的体积内加入足够多的物质。要做到这一点，物质中几乎所有的角动量都要去掉。角动量向外的去除是限制黑洞膨胀的因素，会导致吸积盘的形成。

根据观测，黑洞的类型有一些差距。一些由恒星坍缩而成的黑洞最大质量约为10个太阳。最小的超大质量黑洞有几十万个太阳质量。但是它们之间没有质量的黑洞。然而，一些模型表明，异常明亮的X射线源可能是这个丢失范围内的一个黑洞。

类星体是“类恒星射电源”的缩写

什么是类星体？

类星体是“类恒星射电源”的缩写，描述明亮的活动星系核。众所周知，所有星系的中心都有一个超大质量黑洞。当流入黑洞的气体和尘埃达到一定程度时，就可能导致“类星体”的形成:在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体和一些恒星物质围绕着黑洞，形成一个高速旋转的巨大吸积盘；当吸积盘内部的物质落入黑洞时，能量会以电磁辐射的形式释放出来，光度可达普通星系(如银河系)的数千倍。

类星体通常有3260光年宽，但它们平均只存在1000万到1亿年，这使得它们在数十亿年的星系中相对难以找到。从快速旋转的吸积盘中喷出的粒子会以接近光速的速度向外运动，驱动这些高能“引擎”发出极其明亮的光和无线电波。