钱德拉

天文学家利用钱德拉X射线天文台在早期宇宙中发现了一个黑洞,它被大量气体覆盖,是迄今为止发现的最远的黑洞。这个黑洞存在于大爆炸后8亿年(今天宇宙的年龄是138亿年),这是人类发现的第一个迹象,证明在宇宙历史的早期就有这样一个黑洞。

钱德拉

超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍,它通常是通过吸收周围物质圆盘中的物质而成长的。快速增长将在黑洞周围的小区域产生大量辐射。科学家称这种非常明亮和紧凑的光源为“类星体”。

根据目前的理论,在黑洞的早期成长阶段,一团致密的气体将物质输送到黑洞周围的圆盘,将类星体的大部分强光隐藏在我们的视野之外。随着黑洞迅速消耗物质并变大,气体云逐渐耗尽,我们可以观察到黑洞周围明亮的吸积盘。

智利天主教大学(位于智利圣地亚哥)的研究员法比奥维托(Fabio Vito)说:“在这个‘看不见的阶段’寻找类星体极具挑战性,因为它们的大部分辐射都被吸收了,无法被现有仪器探测到。”。“多亏了钱德拉和x光穿透气体云的能力,我们终于做到了。"

这一新发现来自对类星体粒子167-13的观测,它是由位于夏威夷的光学望远镜Pan-STARRS首次发现的。光学望远镜观察发现,当宇宙的年龄小于10亿年时,大约有200个类星体已经非常明亮。这些望远镜只能有效地发现裸黑洞,因为稀薄的气体和尘埃云会减弱仪器探测到的辐射。由于粒子群167-13是这些观测中的一个,天文学家希望它不会受到阻碍。

维托的团队通过钱德拉观测粒子群167-13和其他九个类星体来验证这个想法。经过16个小时的观察,从粒子群167-13只检测到三个X射线光子,都具有相对较高的能量。因为低能X射线比高能X射线更容易被吸收,可能的解释是类星体被气体高度屏蔽,所以我们只能探测高能X射线。

宾夕法尼亚州立大学文学理论的合著者尼尔勃兰特说:“这是一个完全的惊喜,就像我们期待一只蛾却发现了一个茧一样。不出所料,我们观察到的另外九个类星体并没有被遮住。”

关于粒子群167-13的一个有趣的转折点是它的星系有一个紧密的伴星系,这是之前由智利的阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)和哈勃太空望远镜观测到的。因为它们太近了,而且X射线源非常弱,所以团队无法确定新发现的X射线是来自类星体ps167-13还是附近的伴星系。

如果x射线照射到类星体上,天文学家需要解释为什么类星体在x射线下看起来非常模糊,但在可见光下却不模糊。一种可能性是,在光学和X射线观测之间的三年时间里,类星体的阴影程度会迅速大幅增加。

另一方面,如果x射线来自伴星系,这表明我们在粒子群167-13附近探测到了一个新的类星体。这将是我们迄今为止发现的最远的类星体对。

无论如何,钱德拉探测到的类星体来自大爆炸后的8亿年,将是人类所能看到的最远的类星体。在此之前,最早的记录是13亿年。

研究小组计划跟踪更多的观察结果,以了解更多的信息。

智利天主教大学和千年天体物理研究所的成员、该论文的合著者弗朗兹鲍尔说,“通过长时间观察钱德拉,我们将能够更好地估计黑洞。阴影的程度,并确定X射线源是来自类星体还是伴星系。”

研究小组还计划发现更多高度隐藏的黑洞。

意大利国家天体物理研究所(位于意大利博洛尼亚的INAF)的合著者罗伯托吉利说:“我们怀疑早期宇宙中的大多数超大质量黑洞都是高度隐蔽的:因此,探测和研究它们并了解它们是如何如此迅速地成长为十亿个太阳质量是非常重要的。”。

研究结果发表于《天文与天体物理学报(Astronomy and Astrophysics)》,可在网上获得。美国宇航局马歇尔航天飞行中心负责管理钱德拉项目。史密森天体物理学天文台的钱德拉x光中心(位于马萨诸塞州的剑桥)控制着科学和飞行操作。

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