詹姆斯-韦伯太空望远镜通过解析接近宇宙早期的微弱光亮,探测到了一个可能是宇宙中已知最古老的黑洞,天文学家甚至认为在早期的宇宙中可能遍布黑洞。我们知道詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)能够通过其强大的镜头帮我们追溯宇宙的早期阶段,最近我们的天文学家就在宇宙开始的5.7亿年后,在一个早期的星系的中心发现了这个超大质量黑洞,预计其质量可能是太阳的万倍。
这个宇宙怪兽级别的黑洞可能只是早期宇宙无数黑洞中的一个,这些黑洞在宇宙的初始阶段,大概是在大爆炸后约1亿年开始的时候就通过吸积将自己的质量变得越来越大,当时的年轻的宇宙可能才扩张了10亿光年,令我们的天文学家十分不解的是在早期宇宙中为什么会有这么多这样的黑洞,还有它们是如何变得这么大的。
这个目前宇宙中最古老的黑洞是由德克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学家丽贝卡-拉森教授带领的团队发现的,这是他们在大爆炸后的红移中发现的第一个黑洞,他们认为应该有很多这样的黑洞。
“我们确实认为这个黑洞不是最近才形成的,所以应该有更多更年轻的黑洞在宇宙中更早的时候就存在了,我们刚刚开始能够用詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)以这种方式研究宇宙历史的这段早期时间,我很高兴我们能够找到更多的黑洞。"拉森教授在研究报告中说。
黑洞通常诞生于巨大恒星的坍缩,它们通过不断地吞噬气体、尘埃、恒星和其他黑洞而成长。这些贪婪的宇宙怪兽在进食时甚至会导致时空断裂,当物质旋转加速进入它们的巨口时,剧烈的摩擦会导致旋入其口中的物质升温,这时它们就会发出能够被太空望远镜探测到的光,天文学家将这时的黑洞称为活跃星系核(AGN)。
最极端巨大的活跃星系核(AGN)是类星体,这些超大质量的黑洞一般都会比太阳重几十亿倍,它们发出的比宇宙中最亮的恒星还要亮几万亿倍的光爆会轻易地戳破其外围的气态茧。
大家肯定也想知道我们的天文学家平常是如何发现宇宙中的黑洞的,我们知道光在真空环境中是以恒定的速度传播的,我们的科学家们对宇宙的观察越深入,他们截获的光就越远,他们看到的时间也就越长。为了发现黑洞,天文学家们会用两台红外相机,比如詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)的中红外仪器(MIRI)和近红外相机扫描整个天空,然后使用相机内置的光谱仪将光线分解成其组成频率。
通过解构这些从宇宙最早期发出的微弱光芒,他们发现在这些光所包含的频率中出现了一个意想不到的尖峰,这是一个关键的迹象,表明黑洞周围的热物质正在向整个宇宙发射微弱的辐射痕迹。
关于黑洞是如何突然在我们年轻的宇宙中形成的,目前对我们来说仍然是个谜,为了解开这个谜团我们的天文学家一直在寻找假设中的更年轻的“原始”黑洞,这些黑洞是在大爆炸之后或者根据一些理论甚至在大爆炸之前就形成的,但到目前为止,我们仍然没能探测到这些理论中存在的“原始”黑洞的一鳞半爪。
对于大爆炸后为什么会有这么多的快速成长的黑洞,目前的天文学界有两种主要的理论:它们是巨大恒星的遗骸,其形成速度远远快于我们今天所知道的那些恒星;或者它们是由密度极高的气体尘埃云突然坍缩形成的时空中吞噬一切的奇点。
发现这个宇宙中最古老黑洞的拉森教授认为,直接坍缩法必须从星系中更多的物质直接坍缩成一个黑洞开始,这有点不太可能,但会花费更少的时间,而且在我们观察到它的时候还没有那么多时间。
他更倾向于另一种更大的可能,这个黑洞是由理论中的第三类恒星(一种假设的宇宙中最早存在的仅由氢和氦构成的恒星)在大爆炸后约2亿年就坍缩留下的一个黑洞,这样的黑洞会以相当快的速度增加很多物质,从而迅速膨胀到研究人员观察到的大小。