天文學家利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡發現了一個來自宇宙早期的巨大休眠黑洞，它距離宇宙大爆炸僅過了8億年。這個黑洞的質量是太陽的4億倍，由於其大小和低吸積率，它對現有的黑洞成長模型提出了挑戰。

《自然》雜誌上的一項研究發現，早期宇宙中的黑洞會經歷短暫的超高速成長，然後是長時間的休眠。 圖片來源：Jiarong Gu

科學家在早期宇宙中發現了一個巨大的黑洞，它似乎在飽餐之後正在”打盹”。這個黑洞就像大快朵頤後冬眠的熊一樣，似乎是暴飲暴食，進入了宿主星系的休眠狀態。

由劍橋大學領導的國際天文學家小組利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡探測到了這個古老的黑洞。 它的歷史可以追溯到宇宙大爆炸之後的8 億年。

這個黑洞的質量是太陽質量的4億倍，令人難以置信，是宇宙發展時期觀測到最大的黑洞之一。 它的質量之大，約佔其宿主星系整個質量的40%–這與現代宇宙中的黑洞形成了鮮明對比，後者通常只佔其星系質量的0.1%左右。

然而，儘管它的體積巨大，這個黑洞卻在以極低的速度吞噬或吸積它生長所需的氣體–比它的理論最大極限低大約100倍–這使得它基本上處於休眠狀態。

這樣一個在宇宙中如此早就存在的超大質量黑洞卻沒有成長，這對現有的黑洞發展模型提出了挑戰。 不過，研究人員說，最有可能的情況是黑洞經歷短暫的超高速成長，然後是長時間的休眠。 他們的研究結果發表在12月18日的《自然》雜誌。

當黑洞”打盹”時，它們的光亮度要低得多，因此更難被發現，即使是像韋伯望遠鏡這樣的高靈敏度望遠鏡也不例外。 黑洞無法直接觀測到，而是透過黑洞邊緣附近形成的漩渦狀吸積盤的蛛絲馬跡發現的。 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。

「儘管這個黑洞處於休眠狀態，但其巨大的體積讓我們有可能探測到它，」領銜作者、劍橋大學卡弗利宇宙學研究所的伊格納斯-尤德巴利斯（Ignas Juodžbalis）說。 “它的休眠狀態也讓我們得以了解宿主星系的質量。 即使是在相對較小的星系中，早期宇宙也能產生一些絕對的怪物。”

根據標準模型，黑洞是由死亡恆星的坍縮殘餘物形成的，並吸積物質直至一個預測的極限，即愛丁頓極限，在這個極限下，物質受到的輻射壓力超過了黑洞的引力。 然而，這個黑洞的巨大體積表明，標準模型可能無法充分解釋這些怪物是如何形成和成長的。

「黑洞有可能’生來就很大’，這可以解釋為什麼韋伯在早期宇宙中發現了巨大的黑洞，」合著者之一、來自卡夫利研究所和劍橋卡文迪什實驗室的羅伯托-馬約利諾教授說。 “但另一種可能是，它們會經歷一段時間的亢奮期，然後是漫長的休眠期。”

劍橋大學的研究人員與來自義大利的同事合作，進行了一系列電腦模擬，以模擬這個休眠黑洞是如何在宇宙中如此之早就成長到如此巨大的。 他們發現，最有可能的情況是，黑洞可以在短時間內超過愛丁頓極限，在此期間，黑洞的增長速度非常快，然後是長時間的不活動：研究人員說，像這樣的黑洞很可能吃了五百萬到一千萬年，睡了大約一億年。

馬約利諾說：”用亢奮期來解釋休眠黑洞聽起來有悖常理，但這些短暫的亢奮期讓黑洞在快速成長的同時，大部分時間都在打盹。”

由於休眠期比超高速成長期長得多，天文學家最有可能在休眠期發現黑洞。尤德巴利斯說：『這是我博士論文中的第一項成果，我花了一點時間才體會到它有多了不起。直到我開始與天文學理論方面的同事交流，我才看到了這個黑洞的真正意義。 ” “

由於亮度較低，休眠黑洞對天文學家來說更具探測難度，但研究人員表示，如果早期宇宙中的黑洞大部分時間都處於休眠狀態，那麼這個黑洞幾乎可以肯定是更大冰山的一角。

馬約利諾說：”很可能絕大多數的黑洞都處於這種休眠狀態–我很驚訝我們發現了這個黑洞，但想到我們還能發現更多的黑洞，我感到非常興奮。”

編譯自/ ScitechDaily