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近日,据美国物理学家组织网刊文报道,天文学家发现了在宇宙诞生早期已知的最大规模的“怪物”类星体,它距地球约130.2亿光年。该类星体包含了一个质量相当于15亿倍太阳质量的黑洞。新发现的类星体被正式命名为J1007+2115,是同一宇宙时期已知的两个类星体之一。一年多前的2018年,天文学家曾宣布发现了当时已知的最遥远的类星体,距离我们约130亿光年,该天体被命名为J1342-0928。从宇宙的尺度来看,这两者的年龄差异是微不足道的,因此,天文学家认为这两者是同一时期的产物。

类星体J1007+2115艺术图

那么,何谓“类星体”?要说起来话可就长了。简短截说吧,“类星体”这个名称是在20世纪的1970年才正式被承认和接受的,在这之前没有人承认这个词是正式的天文术语。当时的《天体物理学》杂志主编钱德拉塞卡觉得不能再忽视这个词语,随后允许该杂志正式使用该术语,并一直沿用至今。在上世纪70年代之前,类星体惯常被称为“射电星系”或“射电星云”,因为它辐射的能量巨大,远非一颗孤立的星体可比。

类星体的发现源于二战后射电天文学的兴起。二战结束后,射电望远镜如雨后春笋般地在世界各地出现,使得人类对天空的探索进入了一个更为宽广的光谱范围。随着“天鹅座A”的发现,天文学家们逐渐认识到,在遥远的太空里,有一些事物是用传统能量源理论无法解释的,宇宙中其实到处充斥着无数怪异的大事件。随着射电望远镜越来越先进,一些射电源被证明并非星系,而是更接近于点状的恒星,“类星体”这一称呼正是由此而来。

根据当今的理论,类星体是由超大质量黑洞驱动的。当黑洞吞噬周围的物质,如尘埃、气体,甚至周围的恒星时,它们会释放出巨大的能量,导致它的亮度甚至会超过整个星系。天文学家认为,为J1007+2115类星体提供动力的是一个超大质量黑洞,它的质量超过10亿倍太阳质量,使这个类星体成为宇宙中已知的最遥远、也是最早的天体。根据计算,J1007+2115类星体的光需要花130.2亿年才能到达地球,在光出发的那一刻,宇宙大爆炸仅仅刚发生了7亿年,我们的宇宙还处于萌芽阶段。

如果真的是这样,那么问题就来了。摄政大学教授、乌里佐纳天文学系副主任范晓辉认为,在宇宙还处于萌芽阶段时,如此巨大的黑洞是如何出现的?这是一个天文学家无法回避的问题。亚利桑那大学斯图尔特天文台博士后研究员、这项研究的主要作者杨金义也认为,时间实在太短了,它不可能从一个小黑洞成长到我们现在所观测到的大小。因为根据目前的宇宙学模型,如J1007+2115类星体规模的黑洞,可能是由一颗恒星坍塌形成的更小的黑洞演变而来,这在宇宙大爆炸后的几亿年内几乎是不可能实现的。

这个问题现在正困扰着天文学家和宇宙学家。目前的宇宙演化理论认为,在宇宙大爆炸之后,原子彼此相距太远,不能相互作用,难以形成恒星和星系,第一批恒星和星系花了大约3亿到4亿年才逐渐出现。因此,对照类星体J1007+2115的年龄,如果它是由一颗恒星坍缩形成的小黑洞演化而来,那么说它是个“怪物”一点也不为过。如果能找到这一问题的答案,相信会对现有的早期宇宙的黑洞形成和生长理论提出迄今为止最大的挑战。

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