天文學家利用JWST 發現了宇宙中最古老的黑洞，這對目前的黑洞成長理論提出了挑戰，並有可能影響其宿主星系GN-z11 的發展。由劍橋大學領導的國際研究小組利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）探測到了這個黑洞，它的歷史可以追溯到宇宙大爆炸後的4億年，即130多億年前。

今天（1 月17 日），《自然》（Nature）雜誌報道了這一結果，領銜作者羅伯托-馬約利諾（Roberto Maiolino）教授稱這是”一個巨大的飛躍”。

這個質量驚人的黑洞是太陽質量的幾百萬倍- 竟然在宇宙中如此之早就存在，這對我們關於黑洞如何形成和成長的假設提出了挑戰。天文學家認為，在銀河係等星系中心發現的超大質量黑洞是經過數十億年的生長才形成現在的大小的。但這個新發現的黑洞的大小表明，它們可能是以其他方式形成的：它們可能”生來就大”，或者它們吞噬物質的速度比人們想像的高出五倍。

根據標準模型，超大質量黑洞由死亡恆星的殘餘物形成，它們坍縮後可能會形成一個質量約太陽百倍的黑洞。如果按照預期的方式生長，這個新發現的黑洞需要大約10 億年才能長到觀測到的大小。然而，當偵測到這個黑洞時，宇宙的年齡還不到十億歲。

在這幅插圖中，NASA 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的多層遮陽板在天文台的蜂巢鏡下伸展開來。圖片來源：NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

來自劍橋大學卡文迪許實驗室和卡弗里宇宙學研究所的馬約利諾說：「在宇宙中看到如此巨大的黑洞還為時過早，因此我們必須考慮它們可能形成的其他方式。非常早期的星系氣體極其豐富，因此它們就像是黑洞的自助餐廳。”

和所有黑洞一樣，這個年輕的黑洞正在吞噬宿主星系中的物質，為自己的成長提供燃料。然而，我們發現這個古老的黑洞吞噬物質的力量比它後來的兄弟姊妹大得多。

這個年輕的宿主星係被稱為GN-z11，它的中心就是這樣一個能量巨大的黑洞。黑洞是無法直接觀測到的，只能透過黑洞邊緣附近形成的漩渦吸積盤的蛛絲馬跡來偵測黑洞。吸積盤中的氣體變得異常熾熱，並開始發光和輻射紫外線範圍內的能量。天文學家就是利用這種強烈的光芒來探測黑洞的。

GN-z11是一個緊湊的星系，比銀河系小大約一百倍，但是黑洞很可能會損害它的發展。當黑洞吞噬過多氣體時，它會像一股超快的風一樣把氣體推走。這種”風”會阻止恆星的形成過程，慢慢地殺死銀河系，但也會殺死黑洞本身，因為它也會切斷黑洞的”食物”來源。

馬約利諾說，JWST 帶來的巨大飛躍使現在成為他職業生涯中最激動人心的時刻。他說：”這是一個新時代：靈敏度的巨大飛躍，尤其是在紅外線方面，就像是一夜之間從伽利略望遠鏡升級到了現代望遠鏡。在韋伯望遠鏡投入使用之前，我曾想過，如果超越了哈伯太空望遠鏡所能看到的範圍，也許宇宙就沒那麼有趣了。但事實完全不是這樣：宇宙一直很慷慨地向我們展示著它的一切，而這僅僅是個開始。”

JWST 的靈敏度意味著在未來的幾個月和幾年裡，可能會發現更古老的黑洞。馬約利諾和他的團隊希望利用JWST未來的觀測結果，試圖找到更小的黑洞”種子”，這可能會幫助他們解開黑洞可能形成的不同方式：它們是一開始就很大，還是快速成長。

編譯來源：ScitechDaily