超大質量的類星體發出的超強輻射功率

歐洲天文學家觀測到的ULAS J1120+0641類星體

　　一個歐洲天文學家小組利用歐洲南方天文台甚大望遠鏡和輔助望遠鏡陣列觀測並研究宇宙中距離地球最遙遠的類星體。類星體作為宇宙極為神秘的天體，其輻射功率常常具有驚人的數量級。而天文學家觀測到的這個類星體編號為ULAS J1120+0641，其輻射功率由一個質量巨大的黑洞推動，達到20億倍太陽質量。這是迄今為止在早期宇宙中發現的最遠且最亮的天體。這項研究成果已經發表在6月30日的《自然》期刊上。

　　科學家發現這個在早期宇宙中亮等最高的天體，這個發現不僅挑戰了傳統理論上對超大質量黑洞發展以及演化的認識，同時也預示著這類活動星系核在早期宇宙中所扮演的極為重要的角色這顆距離地球最遙遠的類星體輻射功率是我們太陽的60萬億倍，達到10兆的數量級，而一般的星系，整個星系的輻射功率都還不夠這個量，這也是類星體之所以神秘之處。

　　而發現這顆類星體的過程確是相當艱苦的，歐洲的天文學家之前使用英國皇家紅外波段天文望遠鏡深空巡天，一共觀測了2000萬個天體，前後一共花費了5年的時間。根據英國倫敦帝國學院天體物理學家兼該項目的研究員Daniel Mortlock介紹：天文觀測工作是非常漫長而緩慢的，宇宙深空中有數不盡的天體而且許多天體已經有記錄在案，而在其中找一顆具有極為特殊且意義非凡的天體比從沙子淘金還要難，同時也考驗相關研究人員的耐心還有運氣。

　　ULAS J1120+0641類星體不僅由皇家紅外望遠鏡巡天進行觀測，要得到歐洲南方天文台甚大望遠鏡陣列與雙子座北站天文台的幫助。這種觀測首先必須確認的問題是：發現的這顆類星體中輻射出來的光等射線是如何被宇宙膨脹的效應所影響，也就是觀測到極為不尋常的紅移值。從這個角度反推，科學家估計這顆類星體在極早期的宇宙中就存在了，時間範圍可以確定在大爆炸之後的7.7億年。

　　進一步分析地球上接收到的來自ULAS J1120+0641類星體的光，研究人員算出其輻射功率必須具有20億倍的太陽質量，這個數量級的輻射功率背後極有可能是一個超大質量黑洞。但是還不能肯定是由一個質量特大的黑洞所發射出來，只能說在人類現有的天體理論範圍之內，可以將其認為是一個黑洞的作用。因為這裡還有一個問題：這個只在大爆炸7.7億年左右出現的類星體，而背後又有著如此巨大數量級的黑洞，那這個特大質量的黑洞是如何在這個早期宇宙中出現的？早期宇宙環境是如何提供這個級別的黑洞進行演化的？這一切都還是謎團中的謎團。

　　針對這個異常現象，科學家提出一些理論來對其進行解釋，例如：在極早期宇宙中存在許多黑洞的「種子」，這些種子的產生是由宇宙誕生過程中的某種機制進行控制，而這些黑洞「種子」質量超過1000倍太陽質量，且具有極高的吞併率，可以在較短的時間尺度上進行合併膨脹，質量也隨著這種進程出現指數級的增長，合併的同時也有大量早期宇宙物質濺落到吸積盤中，在這兩個因素的共同作用下，早期宇宙中就有可能出現特大質量的黑洞，這種成長的規律確實有些異常。

　　雖然這個發現的類星體增加了一個關於在早期宇宙中出現特大質量之謎，但是卻幫助科學家揭示了另一個關於137億年前宇宙大爆炸的謎團：宇宙誕生過程中的再電離階段（reionization）。大約在大爆炸之後的1.5億年至8億年間，宇宙中充滿著等離子態的中性氫，宇宙不斷膨脹的過程中，質子和電子結合成氫原子，整個宇宙呈中性態。然而目前的宇宙空間是高度電離的，也就是說，宇宙在那個時期必須經歷一個由中性態到電離態的一個過程，而這個過程的開始則有宇宙中誕生的第一顆恆星發出的第一束光照亮宇宙的那一刻開始。

　　根據來自這顆新發現的類星體的光譜發現：在大爆炸之後的7.7億年，宇宙中還存在著大量的中性氫，這就是說整個宇宙的再電離過程至少在大爆炸之後的7.7億年還沒結束。下一步我們將得到可見光與紅外巡天望遠鏡(VISTA)和超廣域全景巡天望遠鏡系統的支持，繼續尋找類星體的蹤跡，並且將任務定位在距大爆炸時間點更近更古老的類星體。