黑洞可能在宇宙第一批恒星里大量存在

黑洞的艺术家印象图

早期宇宙的图表

美国太空网报道，研究人员表示，黑洞可能在宇宙第一批恒星里大量存在，这将帮助解释星系中央超大质量黑洞的起源。一支国际天文学家小组发现黑洞至少组成了20%的红外宇宙背景，也就是138亿年前创造宇宙的大爆炸后4亿至8亿年释放的光。

这些早期黑洞很可能是随后长成超大质量黑洞的种子，后者质量是太阳的几百万至几十亿倍，研究人员这样表示。“能够发现这些种子的可能信号，真是让我们舒了一口气，”研究合作作者、美国夏威夷火奴鲁鲁夏威夷大学天文研究所的所长顾恩德·哈辛格（Guenther Hasinger）这样说道。

最早的黑洞

黑洞具有强大的引力场，即使光也无法逃逸。据称它们形成于以巨大爆炸消亡的恒星，该过程也被称为超新星，后者撞击残余的内核形成一个非常小但无比密集的天体。至于黑洞是如何形成超大质量黑洞的，目前还不清楚，但很明显，它们形成发展的速度非常迅速。例如有些超大质量黑洞在宇宙大爆炸后8亿年就已经完全确立了。

为了更多的了解最早恒星和最初的黑洞，研究小组分别利用美国宇航局钱德拉X射线天文台和斯皮策太空望远镜分析X射线和红外射线信号。钱德拉X射线天文台观测到的X射线很可能来自撞进黑洞的过热物质，研究人员表示。另一方面，斯皮策望远镜检测到的红外射线组成了宇宙红外背景，也即宇宙大爆炸后首批恒星中巨大恒星群发出的光，以及来自黑洞的光，后者在吞噬气体时产生了大量的能量。

这项调查关注于一块名为扩展生长带的区域，这是一片完好分析的太空区域，略微比牧夫座的满月大一些。研究人员主要关注于在红外光和X射线光都异常闪亮的点。黑洞是唯一可能产生如此密集的这两种光形式的来源，科学家表示。

“这项调查花费了我们5年时间，结果对我们来说出人意料，”研究主要作者、意大利博洛尼亚天体物理学研究所兼美国巴尔的摩马里兰大学的天文学家尼克·卡佩卢蒂（Nico Cappelluti）这样说道。

“我们的结果表明黑洞至少组成了20%的宇宙红外背景，这暗示着在初批恒星形成时，以气体为食的黑洞产生的密集活动，”研究合作作者、美国马里兰州美国宇航局戈达空间飞行中心的天文学家亚历山大·卡什林斯基(Alexander Kashlinsky )这样说道。

超大质量黑洞是如何长成的？

这些早期天体可以帮助解释超大质量黑洞的起源，研究人员这样表示道，同时提供有关另一个宇宙年轻时期——一个被称为再电离阶段——谜题的新见解。在这个阶段，也即宇宙大爆炸后1.5亿至8亿年，辐射将宇宙弥漫的不带电的氢电离成质子和电子。

“而目前的普遍观点是，虽然并不是很一致，这些恒星导致了这些再电离，” 卡什林斯基说道。“我们的结果表明黑洞是这个过程的重大、潜在的占支配地位的贡献者。”

但这些早期黑洞究竟有多大目前还不得而知。它们可能是迷你类星体，质量相当于几万个太阳，形成于巨大尘埃气体云的坍塌。或者，它们可能是质量相当于几百个太阳的微小类星体，主要催生于巨大质量的垂死恒星。

迷你类星体很可能被云遮挡，因此可能并不是再电离的主要因素，但微类星体则可以轻易地抽出大量的辐射，因此对该过程可能有重大的贡献，哈辛格这样说道。

欧洲太空局的欧几里得项目以及俄国和德国的eROSITA项目可能能够提供有关这些早期黑洞的更多见解。此外，美国宇航局即将发射的詹姆斯韦伯太空望远镜也能够单独观测这些天体，从而证实它们是迷你类星体还是微类星体，哈辛格这样表示。（凤凰科技 编译/严炎刘星）