距地球130億光年外，科學家發現宇宙最古老的黑洞，誕生於宇宙大爆炸6.7億年，挑戰宇宙演化認知

在宇宙中,如果說要說出一種已經確診存在,並且有神祕且讓人好奇的事物,那一定就是黑洞了。 如果用人類的特質形容黑洞的話,那麼黑洞是一個極具攻擊性的神祕人,它的神祕在於無人知曉它的內部究竟是什麼。 它的攻擊性在於,所有妄圖從它內部穿過的物質都會被它所吞噬,即使是速度最快的光也不例外。 黑洞的發現者是德國的一位天文學家,而這位天文學家能夠發現黑洞,離不開愛因斯坦對天文學做出的貢獻。 在卡爾計算愛因斯坦引力場方程的過程中,他發現最後得到的是一個真空解, 也就是說,如果許多物質都集中在這個空間的這個點之中,周圍就會產生奇異的現象,即使是速度最快的光也不能夠逃離這個點。 天文學家最近發現一個至今以來見到的最古老的黑洞,在一個巨大的類星體中間。 它來自宇宙誕生後僅6.7億年的時間,亮度是銀河系的千倍以上。 按照現在主流的宇宙演化認知,這很不尋常,類星體也叫活躍星系核,是大量物質圍繞着一個巨型黑洞旋轉組成的結構。 由於較靠近黑洞的物質逐漸落入黑洞併發出非常明亮的光線,從遠處看就像一顆恆星一樣,因此得名類星體。 該類星體被稱爲J0313-1806,它來自宇宙只有6.7億年的歷史,大約是其當前年齡的5%。 在這樣的距離下,J0313-1806成爲了最早的黑洞記錄保持者,擊敗了前冠軍J1342加0928。 後者於2017年發現並存在於宇宙只有6.9億年的歷史中。 這份在1月舉行的美國天文學會第237屆會議上展示的研究發現, 類星體J0313-1806其中心黑洞的質量高達太陽的16億倍,在距今約130億年前已經形成。 這是有史以來天文學家觀測到的宇宙內最早期的類星體,其中心的能量來源黑洞也是至今所知的最古老的一個黑洞。 主要研究者之一美國亞利桑那大學天文學教授範曉輝說, 這些最遙遠的類星體對了解宇宙初期黑洞的形成和宇宙的離子化過程,宇宙最後一個主要的狀態變化階段很重要。 在如此早期宇宙就存在這樣巨型黑洞的事實,挑戰了現有天文學對宇宙演化過程的認知。 這份研究的主要作者,美國宇航局哈勃研究員王菲格說,宇宙誕生後形成的第一批恆星不可能在僅幾億年的時間就形成這樣大規模的黑洞。 目前天文學主流認知的過程是,宇宙至少在誕生兩億年後纔有能力誕生第一批巨型恆星,它們的質量大約在太陽的幾百倍到上千倍的規模。 當這第一批恆星死亡的時候,有的直接坍塌成爲黑洞,有的發生超新星爆炸後再變成黑洞。 但是它們的規模很小,只有到宇宙的後期,通過星系或黑洞的各種合併過程,才產生大質量的黑洞。 所以這次發現的J0313-1806位於如此早期的宇宙,而且有如此大的規模,讓天文學家感到震驚。 研究人員還發現,J0313-1806所在的星系當時正處於高產恆星的階段,誕生新星的速度是我們銀河系的200倍。 另外,這個類星體的能量還以高達光速20%的速度向外發散,也是不尋常的特點之一。 如此高速吹出的能量風,足以影響這個星系內誕生恆星的能力。 亞利桑那大學研究員楊經一說,研究者表示,這個星系恆星的高產率,類星體的亮度和高速的能量風這些特點都不尋常,是將來研究早期宇宙的重要研究對象。 那麼如此神祕又極具吞噬性的黑洞究竟是怎麼形成的呢? 恆星及黑洞通常誕生於大質量恆星的一次劇烈爆炸,超新星爆發。 大質量恆星光榮退休以前,在迷遊的最後幾分鐘,它耗盡最後一點能量把氫原子聚變成鐵,鎳等重元素,內核的它現在也撐不起龐大的身軀,引力開始做它最擅長的事情,把物體變小。 巨大的氣態星球迅速坍縮成緻密的金屬核心,在某一瞬間,它短暫地停止坍縮,並引發一次壯觀的爆炸,這就是超新星爆發。 爆炸發生後的幾周或幾個月,原本被恆星點亮的一片區域逐漸變得暗淡無光,這顆恆星完成了最終的使命,在恆星即將死亡時,根據其質量的差異會形成白矮星。 中子星和黑洞,這三種物質是根據恆星從小到大的質量排列的,也就是說,並不是所有恆星死亡都會形成黑洞,而只有質量較大的恆星在死亡以後纔會成爲黑洞。 恆星退休前的質量如果是太陽的8倍至20、30倍,退休後會變成中子星,殘存的金屬核心安穩地,長久地享受新的生活。 恆星退休前的質量如果大於太陽的40倍,殘留的核心就是一顆黑洞。 我們都知道,物質是由分子構成,而分子則是由原子構成,但原子也並不是最小的物質,在原子中還存在原子核,而原子核裏又有一種物質叫做中子。 是的,物質就是這樣,像俄羅斯套娃一樣層層疊疊,小的物質不斷層疊形成大的物質,大的物質繼續層疊形成新的物質。 在恆星死亡後會不斷地產生塌陷,但是這種塌陷要到什麼程度下才會停止呢? 就是當這個恆星的核心之中所存在的物質都變成中子以後,收縮塌陷纔會停止。 然而,有一部分黑洞在誕生之初就註定更加不凡,它們誕生於更爲強大的極超新星爆發。 如果最初的恆星旋轉速度很快,那麼新生的黑洞也會轉得很快。 周圍大量的物質抵擋不了黑洞強大的引力,被捲入時空漩渦,被黑洞吞噬的物質有很多都富含電荷和磁性。 當黑洞內部電磁力與引力的平衡被打破時,一些物質從黑洞中噴湧而出,它們帶有極高的能量,速度可以與光速媲美。 這些物質噴流如果恰巧遭遇超新星爆炸時甩出去的氫元素,就很容易點燃它們,造成比超新星爆發規模更大的爆炸,極超新星爆發。 極超新星爆發是宇宙中最強的超新星爆發,比普通的超新星明亮10到100倍,爆炸產生驚人的能量,足以將太陽徹底毀滅10萬次,或者供人類和地球使用1000億億一年。 極超新星爆發是一種比較罕見的天文現象,天文學家在過去幾十年間只觀測到幾十次,所以收集到的信息十分有限,它是如何產生的呢?科學家認爲有兩種可能,一是大質量恆星老化後,內部的正反粒子的數量失去平衡。 另一種可能是因爲大質量恆星爆發時殃及了周圍的鄰居,引發了失控的核反應,才釀就了極超新星爆發這種天文奇觀,目前天文學家還沒法確切知道引發極超新星爆發的原因,這是未來天文學領域最令人着迷的研究課題之一。