揭開早期超大質量黑洞形成謎團，發現包圍類星體的大量冷氣體
2019 年 12 月 24 日
當宇宙還只是個嬰兒時，科學家卻已目睹數個超大質量黑洞的形成，奇怪的是還找不到讓黑洞成長茁壯的證據。直到最近，甚大望遠鏡（ VLT ）終於發現了餵養這些黑洞的大量「食物」，可以解釋宇宙巨獸如何在早期宇宙中迅速成長。
宇宙如今年齡約 138 億歲，換句話說當宇宙誕生還不到 10 億年時，就好比一個正在蹣跚學步的嬰兒，孕育的恆星、星系數量遠不及當今壯觀。然而令人不解的是，天文學家發現當宇宙還只是幼兒時，就已經孕育出數個質量達太陽數十億倍的超大質量黑洞，堪稱宇宙學中最大謎團。
我們知道黑洞靠吸取周遭氣體與塵埃逐年緩慢增長，因此早期宇宙應該存在大量供黑洞吸積的氣體與塵埃，然而事實是：天文學家始終找不到支撐早期超大質量黑洞形成的有力證據，這些黑洞彷彿憑空出現在觀測視野內。
更複雜的是，先前阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ ALMA ）的觀測表明，雖然早期宇宙的星系中存在大量塵埃與氣體，但這些氣體只夠助長恆星快速形成，剩下的幾乎不夠餵食黑洞。種種謎團導致天文學家在描繪 120 億年前的宇宙結構時，彷彿有一道說不清道不楚的簾擋著。
為解決早期宇宙的超大質量黑洞從何而來，由德國馬克斯·普朗克天文學研究所天文學家 Emanuele Paolo Farina 領導的團隊，利用安裝在甚大望遠鏡（ VLT ）上的多單元探索光譜儀（ Multi Unit Spectroscopic Explorer instrument ， MUSE ），觀察距今約 125 億年前（宇宙僅 8.7 億歲）就出現的 31 個類星體。
類星體為極度明亮的活躍星系核，一般就是指超大質量黑洞。而天文學家這次的觀測結果驚訝發現，其中 12 個類星體居然被巨大的氣體層給包圍，既冷又濃的氫氣氣體暈從中央黑洞向外延伸 10 萬光年，質量高達太陽數十億倍，見下方模擬影片。
研究人員進一步表示，這些氣體暈與星系緊密相連，足以維持旺盛的恆星形成、又能為超大質量黑洞提供充足「食物」，多虧多單元探索光譜儀的超高靈敏度，天文學家終於揭開早期宇宙中超大質量黑洞的食物藏匿處。
團隊表示，歐洲南方天文台未來的歐洲極大望遠鏡（ European Extremely Large Telescope ， E-ELT ）比甚大望遠鏡還強大，將能揭開大爆炸後 20 億年內的更多細節，也許天文學家能找到更多氣體星雲的躲藏處。
新論文發表在《天文物理期刊》（ Astrophysical Journal ）。
- ESO Observations Reveal Black Holes’ Breakfast at the Cosmic Dawn
- Giant Gas ‘Halos’ Fed Hungry Black Holes at the Dawn of the Universe
（首圖來源：歐洲南方天文台）
原文網址：https://technews.tw/2019/12/24/supermassive-black-hole-early-universe-dust-gas-quasar/
