本文受訪專家：中國科學(xué)院國家天文臺 茍利軍研究員 

　　  

　　據(jù)新華社報道，日本愛媛大學(xué)參與的一個國際團(tuán)隊日前宣布，他們利用日本“昴星團(tuán)”望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了83個約130億光年外的巨大黑洞。這表明，宇宙誕生初期就存在大量的巨大黑洞，而且質(zhì)量和我們臨近宇宙中的黑洞質(zhì)量差不多，可以達(dá)到幾十億個太陽質(zhì)量。

來自距離地球130.5億光年的超大質(zhì)量黑洞所在類星體發(fā)出的光（圖片來源：https://subarutelescope.org） 

　　  

　　巨大黑洞是如何被觀測到的？ 

　　“昴星團(tuán)”望遠(yuǎn)鏡隸屬于日本國家天文臺，也是該組織最大的望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。它設(shè)在美國夏威夷Mauna kea山頂上，以著名的疏散星團(tuán)——昴宿星團(tuán)命名，是一臺口徑為8.2米的大型反射式光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。它采用零膨脹玻璃ULE制作，重約22.8噸，但由于采用了薄鏡面技術(shù)，厚度只有20厘米，鏡面誤差不超過14納米，并且安裝了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，從而降低大氣湍流對于觀測的影響。 

昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡（圖片來源：https://subarutelescope.org） 

　　日本愛媛大學(xué)14日發(fā)布公報說，該校和美國普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員這次利用昴星團(tuán)的hyper Suprime-Cam (HSC; 超主焦點相機(jī))巡天數(shù)據(jù)，科學(xué)家們首先從這些數(shù)據(jù)中選取了一些候選體，之后，利用三個不同的望遠(yuǎn)鏡（位于夏威夷的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡、西班牙加納利群島上的GTC望遠(yuǎn)鏡、和位于智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡）對這些候選體在拍攝了相應(yīng)的光譜之后確認(rèn)了它們的距離。 

　　這次一共發(fā)現(xiàn)了大約100個位于約130億光年外的類星體，其中83個類星體是首次被觀測到，還有17個類星體是再次被觀測到。 


類星體藝術(shù)想象圖（圖片來源：https://subarutelescope.org） 

　　類星體是天文學(xué)家對一類天體的稱呼，類星體通常包括一個中央黑洞和周圍的星云，由于黑洞吞噬周圍物質(zhì)釋放大量能量，所以它們在宇宙中顯得非常明亮，人們可通過地球上的望遠(yuǎn)鏡觀測到它們。  

　　研究顯示，這些巨大黑洞的質(zhì)量在太陽的100萬倍到幾十億倍甚至上百億之間。研究小組稱，這項發(fā)現(xiàn)表明巨大黑洞在超遠(yuǎn)宇宙中大量存在。 

　　要知道，根據(jù)目前的研究，我們認(rèn)為宇宙誕生于約138億年前，這意味著，在宇宙誕生僅8億年后，就誕生了大量巨大的黑洞。研究人員對此感到非常吃驚，認(rèn)為研究這些黑洞將有助于探索宇宙的早期歷史。 

　　  

　　這些巨大黑洞對我們認(rèn)識早期宇宙究竟有何幫助？ 

　　帶著這個問題，我們采訪了中國科學(xué)院國家天文臺研究員、恒星級黑洞研究小組負(fù)責(zé)人茍利軍。 

　　茍利軍研究員解釋說，這次觀測到的古老、巨大的黑洞對我們理解宇宙的演化以及黑洞的產(chǎn)生都會有極大的幫助。 

　　我們的宇宙在大爆炸之后的演化過程當(dāng)中，會經(jīng)歷一個從黑暗時期向再電離時期的轉(zhuǎn)變過程：原來處于中性狀態(tài)的氫原子在光子的作用之下變成了電離態(tài)。 

　　可以說，再電離過程是整個宇宙演化歷史當(dāng)中的一個里程碑，但這個過程大部分的能量究竟是來自于哪里呢？是第一代恒星，第一代星系或者超大質(zhì)量黑洞？一個很有吸引力的說法是，早期宇宙的眾多類星體所產(chǎn)生的強(qiáng)烈輻射導(dǎo)致了宇宙的再電離過程，而這次的發(fā)現(xiàn)，就給這種說法提供了一個直接的觀測證據(jù)。 

　　與此同時，這些位于宇宙早期的超大質(zhì)量黑洞也向超大質(zhì)量黑洞的形成理論提出了挑戰(zhàn)。 

　　   天文學(xué)家在研究黑洞時，根據(jù)它們的質(zhì)量，將它們大致分成三類。100個太陽質(zhì)量左右的黑洞，被稱為恒星質(zhì)量黑洞；幾十萬個太陽質(zhì)量到百億個太陽質(zhì)量的黑洞，被稱為超大質(zhì)量黑洞；介于兩者之間的，是中等質(zhì)量黑洞。 

巨大黑洞藝術(shù)想象圖（來源：https://www.sciencefocus.com） 

　　這次發(fā)現(xiàn)的83個巨大黑洞，就是超大質(zhì)量黑洞。目前學(xué)界認(rèn)為，這些超大質(zhì)量的黑洞，是通過小質(zhì)量黑洞慢慢地合并，然后再通過吸積氣體的方式形成的。這是一個從小到大的成長過程，可以說是“一口一口吃成胖子”。 

　　但如果按照這個理論的話，那宇宙的最早期其實就不太可能存在這么多的此類超大質(zhì)量黑洞。 

　　不過，關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的形成，也還有其他理論，比如，認(rèn)為有些氣體在宇宙最早期直接就坍縮成了幾十萬或者上百萬個太陽質(zhì)量的黑洞，可以說是“一生下來就是胖子”。 

　　現(xiàn)在昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡的新發(fā)現(xiàn)，可以說是為后一種理論提供了極好的支持。或許超大質(zhì)量黑洞的形成是多通道的，多種形成渠道同時并存。 

　　目前，該研究團(tuán)隊正在繼續(xù)尋找更早期的超大質(zhì)量黑洞，期望能夠揭示第一個超大質(zhì)量黑洞在宇宙中誕生的年代。 

　　  

　　參考內(nèi)容： 

　　1.  文中新聞來源：《新研究發(fā)現(xiàn)宇宙初期存在大量巨大黑洞》 

　　http://www.xinhuanet.com/tech/2019-03/15/c_1124240639.htm 

　　2.  昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡官網(wǎng)：https://subarutelescope.org 

130億光年外巨大黑洞發(fā)現(xiàn)

圖文簡介

摘要：據(jù)新華社報道，日本愛媛大學(xué)參與的一個國際團(tuán)隊日前宣布，他們利用日本“昴星團(tuán)”望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了83個約130億光年外的巨大黑洞。這表明，宇宙誕生初期就存在大量的巨大黑洞，而且質(zhì)量和我們臨近宇宙中的黑洞質(zhì)量差不多，可以達(dá)到幾十億個太陽質(zhì)量。根據(jù)目前的研究，我們認(rèn)為宇宙誕生于約138億年前，這意味著，在宇宙誕生僅8億年后，就誕生了大量巨大的黑洞。研究人員對此感到非常吃驚，認(rèn)為研究這些黑洞將有助于探索宇宙的早期歷史。