“貪吃”的超大質量黑洞（科技大觀）

黑洞是怎麼“長大”的？這是天文學研究的一個重要課題。國際期刊《自然·天文學》近期發表的一篇論文介紹，研究團隊發現了一個處於“狂吃”階段的超大質量黑洞——它在宇宙大爆炸後約15億年起就能以極快速度吞噬物質。這個名為LID-568的黑洞吞噬物質的速度超過“愛丁頓極限”40倍。它的發現為理解早期宇宙中超大質量黑洞的形成和快速成長提供了寶貴線索。

同現有理論不符的新發現，往往藴藏着科學發展的可能。黑洞研究已有100多年曆史。黑洞是一種高密度天體，通常由大質量恆星或星雲坍縮形成，其引力之強，使得周圍一定範圍內的光都無法逃脱。黑洞可以通過吸積（即吞噬）周圍物質而實現成長。落入黑洞的物質越多越重，黑洞的質量、半徑和體積也就越大。不過這些物質在落入黑洞前會圍繞它形成發光發熱的吸積盤，從而被人類探測到。同時，黑洞的壽命不是無限的。黑洞會產生一種被稱為“霍金輻射”（因物理學家霍金髮現而得名）的微弱輻射，從而最終蒸發消失。這個蒸發過程非常慢。據估計，誕生於宇宙之初，質量大於10億噸的黑洞，現在應該還沒有蒸發完。

目前，科學界關於早期黑洞的形成機制主要有兩種理論——輕種子模型和重種子模型。前者認為，黑洞起源於宇宙最早一代恆星的坍縮，隨後在吸積過程中逐漸增大。後者認為，黑洞直接由大質量氣體雲坍縮形成，起始質量更大。這兩種理論均認為，超大質量黑洞的形成需要經過數億年的持續吸積。同時，黑洞的生長受到“愛丁頓極限”的制約。“愛丁頓極限”是一個理論計算值，指黑洞在吸積物質時能夠達到的最大亮度與吞噬速率的平衡點。理論上，超出這一極限，黑洞的輻射壓力會將吸積物質向外推開，限制其進一步成長。

此次研究團隊發現LID-568時，它的吸積率遠超“愛丁頓極限”。這説明宇宙早期的黑洞可能經歷過多個快速吸積階段，以極快速度在成長。這一發現還證明，無論形成之初的質量如何，這類黑洞都能在短時間內快速“進食”，一口吃成“大胖子”。這一機制對理解黑洞形成過程至關重要，揭示了宇宙大爆炸後超大質量黑洞形成的潛在多樣性。

近日，國際期刊《自然》也刊登了英國劍橋大學領銜的一個研究團隊的新發現。該團隊利用韋布空間望遠鏡，在大爆炸發生僅約8億年後的早期宇宙中，探測到一個處於休眠狀態的巨型黑洞，其質量高達太陽的4億倍。研究團隊認為它可能“生而巨大”，或者和LID-568一樣在短時間內突破“愛丁頓極限”，快速生長，隨後便進入漫長的休眠期。劍橋大學的發現進一步佐證了現有的黑洞增長模型仍有完善空間。

作為宇宙中最神秘的天體之一，超大質量黑洞不僅是星系中心的“心臟”，更是理解宇宙演化規律的關鍵。它的形成和成長以及與宿主星系的相互作用，勾勒出一個動態而複雜的宇宙生態系統。近年來，得益於觀測工具的不斷升級，人類對於黑洞的認知在不斷刷新。幾年前，人們通過視界面望遠鏡首次看到M87星系和銀河系中心的黑洞照片。近兩年，隨着一些更為先進的望遠鏡的發射和應用，人們對於黑洞有了更多的瞭解。2021年12月發射的韋布空間望遠鏡，紅外靈敏度極高，能夠捕捉到光學波段無法觀測到的距離地球很遠的天體——高紅移天體；1999年發射的錢德拉X射線天文台依舊是目前最強大的X射線望遠鏡之一，專門觀測高能天體。

未來隨着觀測技術的提升和多學科交叉研究的深化，研究人員將能更詳細地刻畫黑洞的生長曆史和物理機制。人類正逐步揭開隱藏在宇宙深處的“冰山”，這些新發現或將顛覆傳統宇宙觀，為探索自然界的終極奧秘開啓新的篇章。

（作者為中國科學院國家天文台研究員、中國科學院大學教授）

《 人民日報 》（ 2025年03月03日 11 版）