天文学家从早期宇宙的一个超大质量黑洞中窥见到破纪录的粒子射流

据外媒报道，天文学家利用美国宇航局（NASA）的钱德拉X射线天文台发现了早期宇宙中一个超大质量黑洞的超长粒子射流的证据。如果得到证实，这将是在X射线中检测到的最遥远的带有喷流的超大质量黑洞，它来自一个距离地球约127亿光年的星系。它可能有助于解释最大的黑洞是如何在宇宙历史的早期形成的。

喷流的来源是一个类星体--一个快速成长的超大质量黑洞--名为PSO J352.4034-15.3373（简称PJ352-15），它位于一个年轻星系的中心。它是宇宙大爆炸后前十亿年内用无线电波探测到的最强大的两颗类星体之一，其质量约为太阳的10亿倍。

在这个宇宙的早期，超大质量黑洞为什么能够如此迅速地成长，达到如此巨大的质量？这是当今天文学的关键问题之一。

尽管黑洞有着强大的引力和可怕的名声，但黑洞并不会不可避免地吞噬一切接近它的物质。盘绕黑洞运行的物质需要失去速度和能量，然后才能向内落得更远，越过所谓的“视界”。磁场在为喷流提供动力的同时，会对圆盘造成制动效应，这是圆盘中的物质失去能量的一个关键途径，从而提高黑洞的生长速度。

"如果游乐场的旋转木马移动速度过快，孩子就很难向中心移动，所以需要有人或某物减慢骑行速度，"领导这项研究的美国宇航局喷气推进实验室（JPL）科学家Thomas Connor说。“在超大质量黑洞周围，我们认为射流可以带走足够的能量，这样物质就可以向内坠落，黑洞就可以成长。”

天文学家需要利用钱德拉的锐利视力对PJ352-15进行总共三天的观测，以探测X射线喷流的证据。X射线发射在距离类星体约16万光年的地方被探测到，其方向与射电波中看到的更短的射流相同。相比之下，整个银河系的跨度约为10万光年。

PJ352-15打破了几个不同的天文记录。首先，此前从大爆炸后的第一亿年中观测到的最长的射流只有大约5000光年的长度，这与PJ352-15的射电观测结果相对应。其次，PJ352-15比之前记录到的最遥远的X射线射流远了约3亿光年。

“这个射流的长度意义重大，因为它意味着为其提供动力的超大质量黑洞已经增长了相当长的时间，”德国马克斯-普朗克天文研究所（MPIA）的合著者Eduardo Bañados说。“这一结果强调了对遥远类星体的X射线研究如何为研究最遥远的超大质量黑洞的成长提供了一个关键的方法。”

从这个射流中探测到的光是在宇宙只有0.98亿年时发出的，不到现在年龄的十分之一。此时，宇宙大爆炸遗留下来的宇宙微波背景辐射（CMB）的强度比现在大得多。

当射流中的电子以接近光速的速度飞离黑洞时，它们穿过黑洞并与构成CMB辐射的光子发生碰撞，将光子的能量提升到X射线范围，从而被钱德拉探测到。在这种情况下，与无线电波相比，X射线的亮度被显著提升。这与大型X射线射流特征没有相关射电发射的观测结果一致。

“我们的结果表明，X射线观测可以成为研究早期宇宙中带有射流的类星体的最佳方法之一，”来自JPL的研究作者Daniel Stern说。“或者换一种说法，未来的X射线观测可能是解开我们宇宙过去秘密的钥匙。”