巨大的黑洞在吞噬大量气体后打盹 _黑洞

一位艺术家对这个新发现的黑洞的解释。它位于早期宇宙中，质量是太阳的400倍。图片：Jiarong Gu
据《大众科学》（劳拉·贝萨斯）：你可能去过那里——吃完大餐或颓废的晚餐后，在沙发上打盹。在早期宇宙中探测到的一个黑洞也观察到了类似的现象。一组科学家利用美国国家航空航天局/欧洲航天局/加拿大航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）探测到一个黑洞，该黑洞在消耗了太多物质后处于休眠状态。12月18日发表在《自然》杂志上的一项研究描述了这个沉睡的黑洞。
吃，睡，重复
黑洞位于早期宇宙中，在大爆炸后仅8亿年就存在了。它也是巨大的。它的质量是太阳的4亿倍，是JWST在宇宙发展过程中观测到的最大黑洞之一。它非常大，约占其宿主星系总质量的40% 。相比之下，本地星系中的大多数黑洞仅占其宿主星系质量的0.1%左右。
尽管体积巨大，但黑洞实际上以非常低的速度吸积或吞噬气体。根据该团队的说法，它只比理论最大极限低约100倍。它基本上处于休眠状态。如此巨大的黑洞位于我们宇宙的早期，但并没有增长和吞噬质量，这挑战了现有的宇宙现象如何发展的模型。
通常，黑洞是通过旋转吸积盘的发光来探测的。这个圆盘在黑洞边缘附近形成，吸积盘中的气体变得非常热。当它变得足够热时，它开始发光并辐射紫外线范围内的能量。
该团队认为，最有可能的情况是，黑洞会经历短暂的超快速增长，然后是长时间的休眠。当黑洞像这样“打盹”时，它们的亮度要低得多。即使使用JWST等高灵敏度的太空望远镜，这种光线的缺乏也使它们更难被发现。然而，这个已经足够大了。
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“尽管这个黑洞处于休眠状态，但它的巨大尺寸使我们能够探测到它，”剑桥大学天体物理学家、该研究的合著者伊格纳斯·朱日巴利斯在一份声明中说。“它的休眠状态也让我们了解了宿主星系的质量。早期宇宙设法产生了一些绝对的怪物，即使在相对较小的星系中也是如此。”
存在限制…
根据我们目前的天文模型，黑洞是由死恒星的坍塌残骸形成的。然后，它们将物质吸积到天文学家预测的爱丁顿极限。此时，辐射和物质的压力克服了黑洞的引力。
在这种情况下，休眠黑洞的巨大规模表明，我们的标准模型可能无法完全解释这种规模的黑洞是如何形成和生长的。
该研究的合著者、剑桥大学天体物理学家罗伯托·马约里诺在一份声明中说：“黑洞可能‘天生就很大’，这可以解释为什么韦伯在早期宇宙中发现了巨大的黑洞。” 。“但另一种可能性是，它们会经历一段多动期，然后是长时间的休眠期。”
…还是真的？
为了更仔细地观察，这项新研究的团队进行了一系列计算机模拟，以模拟这个休眠黑洞在宇宙早期是如何生长到如此巨大的尺寸的。他们的结果表明，最有可能的情况是，黑洞实际上可以在短时间内超过爱丁顿极限。当它们达到这个阈值时，它们会迅速生长，然后经历一段长时间的不活动。该团队认为，像这样的黑洞可能会吞噬大约500万到1000万年，然后休眠大约1亿年。
Maiolino说：“解释一个有活跃期的休眠黑洞听起来违反直觉，但这些短暂的爆发使它能够快速生长，同时大部分时间都在打盹。” 。
由于这些休眠期比它们的巨型增长期长得多，天文学家更有可能在黑洞“休眠”时探测到它们。然而，由于它们发出的光很少，探测休眠黑洞仍然是一个挑战。该团队表示，如果早期宇宙中的黑洞大部分时间都处于这种休眠状态，那么这个例子可能是更大趋势的一部分。
“很可能那里绝大多数的黑洞都处于这种休眠状态，”Maiolino说。“我很惊讶我们找到了这个，但我很高兴能想到我们还能找到更多。”