坍缩的气体云最终能形成黑洞么？
x射线所能观测到的最遥远的超大质量黑洞
难以置信，天文学家在一个小星系中观测到了一个宇宙大爆炸发生4.7亿年后形成的超巨大黑洞。
天文学家利用宇航局两台天文望远镜观测到一个破纪录的黑洞，这个黑洞是目前X射线能观测到的踞地球最远的黑洞。图中显示的是Abell 2744星系团和遥远的UHZ1星系，它形成于宇宙大爆炸后仅4.7亿年。插图由钱德拉X射线天文台和詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄。蓝光来自星团中高温气体以及UHZ1中心黑洞周围高温气体释放的X射线。
(图片来源:x射线:NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán;红外线:NASA / ESA / CSA /太空望远镜科学研究所;图像处理:NASA/CXC/SAO/L。Frattare和K. Arcand)。
这个新发现的黑洞打破了黑洞史上的记录，揭示了巨大黑洞的形成过程。
两台太空望远镜联合观测这个质量足有其所在星系总体质量之和的黑洞。这是一个早期星系，大约在138亿年前宇宙大爆炸发生后的4.7亿年左右形成。这个黑洞提供了一个明显的线索，昭示了这个星系中心的超巨大黑洞是如何形成的。黑洞是密度极大的天体，它拥有极强的引力，以至于连靠近它的光线都无法逃脱。这颗新发现的黑洞打破了以往记录，它是X射线所能观测到的距地球最远的黑洞。宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜和钱德拉X射线天文台的观测结果成功地捕捉到了黑洞前所未见的成长阶段。
JWST首次发现了这个宇宙早期星系的微弱光线，并将其命名为UHZI。这个星系的质量大约是太阳系的1.4亿倍。受引力透镜效应影响，前景星系团Abell2744的引力放大了UHZI的光，使得JWST能够观测到这个星系。
钱德拉X射线天文台对UHZI星系开展了为期两个星期的跟踪观察，发现了遥远星系的强大x射线，这些X射线来自星系中心超大质量黑洞引力场中旋转的气体盘。
“我们用詹姆斯韦伯望远镜发现了这个十分遥远的星系，用钱德拉X射线天文台发现它中心的超大质量黑洞，”哈佛-史密森天体物理中心的Ákos Bogdán在星期一(11月6日)的声明中这样说。Bogdán是《自然天文学》前一篇关于黑洞论文的主要作者，该论文描述了X射线观测和黑洞的特征，研究主要基于钱德拉X射线天文台和詹姆斯韦伯望远镜的观测数据。
根据X射线的亮度和强度来判断(x射线与黑洞引力的强度有关)，黑洞的质量是太阳质量的数千万到数亿倍，相当于其母星系的质量。
1999年7月23日，航空航天局将钱德拉x射线天文台和它上层空间望远镜部署到轨道上。(图片来源:航空航天局）
然而，相较于其他星系而言，UHZ1星系还是相当小的。星系形成模型描述了它们如何从初期很小的状态，然后通过与其他星系或巨大的星系间气体云合并而成长。天文学家至今仍不清楚这个超大质量黑洞是如何形成的。
目前有两种备选理论可以解释超大黑洞的成因。一种理论认为超大黑洞是由恒星爆炸时恒星之间快速合并形成的。另一种理论则认为，当质量为太阳1万到10万倍的气体云坍缩直接形成超大质量黑洞。
新的研究表明，新发现的黑洞在诞生之初就非常巨大，天文学家通过计算x射线的亮度和能量，估算出其质量大约是太阳的1000万到1亿倍。
“黑洞形成之后的生长速度受物理极限影响，但那些出生时质量更为巨大的黑洞则有领先优势。这就像种一棵小树苗，从一棵大树开始比从一颗种子开始所需的时间要短得多。”普林斯顿大学的安迪·古尔丁说。古尔丁是《天体物理学杂志通讯》9月22日发表的一篇论文的主要作者，该论文描述了星系的距离和质量，也是《自然天文学》新论文的合著者。
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耶鲁大学理论天体物理学家Priyamvada Natarajan 研究认为，x射线的亮度和能量处于通过计算得出的预测范围之内。通过计算和观测，可以得出结论：这个超大黑洞直接由气体云坍缩形成。
Natarajan在同一份报告中说:“这是天文学家首次探测到的超大质量黑洞，也是迄今为止最好的证据，能够证明某些黑洞是由巨大的气体云塌缩形成的。”“这是也是我们第一次观测到黑洞形成过程中一个十分短暂的时期，在黑洞完全形成之前，一个超大质量黑洞的重量和它所在星系中的恒星总和相当。”
在大多数现代星系中，超大黑洞的质量仅为其母星系的十分之一。同时，黑洞的质量与螺旋星系中心凸起处恒星质量有关，也可能与椭圆星系的质量总和有关。观测一个处于成长期的活跃的黑洞，其观测结果揭示了黑洞质量与母星系质量之间的相关性。无论如何，UHZ1星系还会继续成长，其成长速度将超过星系中黑洞的成长速度。
BY:Keith Cooper
FY: 万琳
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来源: 天文在线
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