130億歲 韋伯望遠鏡發現「最古老黑洞」解釋了一道難題

在遙遠星系中心看到的不斷增長的黑洞或類星體的美術圖。（NASA/JPL-加州理工學院）

韋伯太空望遠鏡（JWST）發現有史以來所觀測到最古老的黑洞，距今有130億年的歷史，僅約在大爆炸後4年億年誕生，而且他比吞噬物質的速度比預期還要快，這樣現象爲天文學家開了一扇窗，爲大型黑洞的如何增長的理論提供了一些關鍵資訊。

據《天文學》（Astronomy）19日報導，天文學家在大熊座 （Ursa Major）的星系GN-z11中，發現了目前已知最古老的黑洞，其質量約爲太陽的數百萬倍。它位於該星系（Galaxy）的中心，於大約130億年前，即大爆炸後4億年，開始吞噬物質。韋伯太空望遠鏡（JWST）發現了黑洞發光的吸積盤的跡象，這一發現突顯了天文學中一個最大的未解之謎，即第一個黑洞到底是如何形成的。目前這一次的觀測結果已於上週三（17）發表在《自然》（Nature）期刊上。

GN-z11是最早形成的星系之一，它比我們的銀河系小。劍橋大學的研究主持人馬約裡諾（Roberto Maiolino）表示「非常早期的星系富含大量氣體，所以它們對黑洞來說簡直就像是自助餐？」因此，有足夠的食物來養活一個不斷增長的超大質量黑洞。

但是，黑洞吞噬的速度是有限的，被稱爲愛丁頓光度又稱愛丁頓極限（Eddington limit）。如果黑洞嘗試更快地吞噬物質，那麼吸積盤會加熱到形成高能粒子的強風。如此一來，黑洞將會吹走自己的吸積盤（上面的物質）然後吞噬不到新的物質，限制自己的增長。

這樣的「強風」還會在黑洞之外產生深遠的影響，會使星系內的星際氣體升溫，變得太溫暖而無法凝聚形成恆星，從而抑制了星系內的恆星形成。

不過在某些情況下，黑洞可以超越愛丁頓極限，又不失去吸積盤。這被稱爲超艾丁頓吸積（super-Eddington accretion），這似乎正是在GN-z11中正在發生的事情。

那個古老的黑洞正以5倍的愛丁頓極限吞噬物質，這可能讓天文學家確認了一一種大型黑洞增長的理論：它們可以暫時超越愛丁頓極限，經歷短暫的超艾丁頓吸積階段後，然後再次冷靜下來。