天文學家發現了迄今距離我們最遙遠的一顆“蠍虎BL型類星體（blazar）”，位於紅移約7.0 的宇宙時期，相當於宇宙年齡不到8 億年。 「蠍虎BL型類星體」是一類活躍星系核，其特徵是中心的超大質量黑洞驅動高速相對論性噴流，噴流方向幾乎直接對準地球。

此次發現的天體VLASS J041009.05−013919.88（J0410−0139）是目前已知最遠的蠍虎BL型類星體，為觀測宇宙年齡不到8 億年時的再遊離（reionization）[*註]時期提供了一個難得的窗口。這項發現也對現有的宇宙早期黑洞與星系形成模型構成了挑戰。

藝術家筆下，天文學家發現宇宙中最早、最遙遠的蠍虎BL型類星體。 Credit: US National ScienceFoundation/NSF National Radio Astronomy Observatory， B.Saxton

J0410−0139 的核心包含一颗质量约为太阳 7 亿倍的超大质量黑洞。其电波辐射的变化、致密结构与 X 射线特征证实，它是一颗喷流几乎直接对准地球的蝎虎BL型类星体。这类天体在类星体中属于稀有类型，仅占所有类星体的一小部分。J0410−0139 的发现暗示，在早期宇宙中可能存在更多类似的喷流源。这些喷流可能促进黑洞快速增长，并显著影响其宿主星系的演化。

天文學家觀測了J0410−0139 的光譜，顯示其中心黑洞正穩定地進行吸積與輻射。這項發現引發了關於超大質量黑洞如何在宇宙早期迅速增長的疑問。現有模型顯示，在宇宙早期黑洞如此迅速的成長過程中，可能會超過愛丁頓極限。愛丁頓極限描述了黑洞的最大亮度與吸積物質的最高速率，當重力與輻射壓力達到平衡時，輻射壓會阻止物質進一步落入黑洞。因此，現有模型可能需要納入噴流增強的吸積過程或超越愛丁頓極限的機制，以解釋如此高紅移下的黑洞族群。

總之，這顆蠍虎BL型類星體為我們提供了一個獨特的實驗室。由於其噴流與我們視線方向對齊，使天文學家能夠直接窺探其核心黑洞，並研究噴流、黑洞與其環境之間的相互作用。此外，J0410−0139 在如此早期宇宙中的存在表明，未來的電波巡天可能會發現更多同時期的噴流類星體。而這些黑洞在宇宙再遊離時期所扮演的角色，將是未來天文學研究的重點。

此研究透過美國國家天文台的特大天線陣（VLA）、特長基線數組（VLBA）、錢卓拉X 射線天文台（Chandra），以及阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波數組（ALMA）等設備進行觀測，成果發表於《NatureAstronomy》（Bañados et al. 2024）。 （編譯/ 段皓元）

[*註] 宇宙的再遊離時期：

在大霹靂（Big Bang）後約38萬年，隨著宇宙膨脹，溫度降低至足以讓庫倫力束縛質子與電子，形成中性氫原子。在這段時期，恆星和星系尚未誕生，整個宇宙只充滿中性氫原子，被稱為宇宙的「黑暗時代」（Dark Ages）。然而，現今的宇宙卻處於遊離態，這與第一代恆星或星系的形成以及早期的超大質量黑洞有關。從黑暗時代到第一代恆星、星系或黑洞的形成，高能量的遊離輻射（如紫外線）使宇宙中的中性氫再次遊離（將質子和電子分開），光線才能穿透宇宙。這個過程被稱為宇宙的再遊離。天文學家花了數十年試圖找出能夠發出足夠強大輻射的來源，以逐漸清除覆蓋早期宇宙的中性氫「霧」。