早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?
2019年12月08日 02:40 新浪网 作者 情感狂徒

作者:文/虞子期

数十年来,天文科学家们一直致力于探索更深的宇宙,天体物理学家和宇宙学家们都希望通过观察大爆炸之后不久的宇宙,以更全面的了解宇宙早期的形成过程和后期演化路径。对于我们地球上的人类而言,早年宇宙中的许多物体,哪怕是黑洞和星系这样相对庞大的物体,直到现在它们中的大多数也仍然处于隐形状态 。而这些遥远的隐形黑洞和古老的大规模星系之间却有着密不可分的关系,更会给我们的当前宇宙学模型带来影响。黑洞的分布总是和大质量星系有关,并且,在星系的结构方面也起到了重要作用。

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

早期宇宙中最遥远的隐形黑洞

若将超大质量黑洞和太阳从质量这个维度进行对比,那么前者的质量会是后者的数百万倍到数十亿倍。我们都知道一个基本的事实,黑洞的增长需要从周围物质盘中提取物质,而这样的快速增长,则会导致其周围较小的区域产生大量的辐射,科学家们将这种紧凑而明亮的光源称作类星体。只不过,在黑洞的早期生长期间,类星体的大部分光线会因为黑洞质量的输送而被隐藏,直至云中的气体被耗尽,最终黑洞和其明亮的圆盘会被揭开。因此,当类星体处于隐形阶段时,其中的大部分辐射都被吸收掉了,想要找到它们的身影是异常困难的。终于,这样的难题都在科学家们对类星体PSO167-13的观测中得到圆满解决,因为它们发现了早期宇宙中最遥远的隐形黑洞。

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

早在宇宙不到十亿年的时候,就大约已有200个类星体开始发光,科学家们通过对类星体PSO167-13的光学观测发现,在该类星体中检测到的三个X射线光子都具有比较高的能量,类星体被气体高度遮挡是这种现象最合理的解释。于是,迄今为止最遥远的隐形黑洞被发现,它们潜伏在早年宇宙中的气体云后面,并且,只占到了宇宙年龄的6%左右。同时,科学家们还表示,类星体应该在宇宙大爆炸后的8.5亿年间就已经存在了,通过后续更多的观察,将能得到更多关于这个黑洞的信息。这个新的发现让科学家们更好地了解了超大质量黑洞的真实生长阶段,并且他们怀疑,在宇宙的早期,其中的大多数超大质量黑洞应该都是隐形的。

黑洞和星系之间密不可分的关系

在宇宙的所有天体中,从体积和质量这两个维度上来看,星系都算得上是一种较为庞大的存在个体,它不仅包含了数千亿的恒星,其中心更有一个超大质量黑洞,比如我们的银河系。众所周知,当一个星系本身越大,那么其核心的超大质量黑洞也就越大。因此,科学家们对星系演化的研究,往往也能解释很多关于超大质量黑洞演化的信息。黑洞在一个星系中的地位举足轻重, 星系中心的超大质量黑洞会跟自己的新生星系一起,形成巨大的崩溃物质云,这些物质云可以重到相当于100亿倍、甚至更多倍数的太阳质量。而超大质量黑洞的大小,更会随着它们在周围物质上的肆虐而变得更大。

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

正如早期宇宙中的隐形黑洞一样,宇宙中最早形成的星系可能到现在都还处于隐形状态,哪怕是像哈勃望远镜这样的仪器,也无法检测到它微弱的光源。于是,科学家们将探索仪器转向了ALMA(阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵列),该仪器针对这种光线进行了专门的优化。随后,39个不曾被发现的古代星系呈现在了研究人员的眼前,它们都诞生于宇宙生命的前20亿年,这是宇宙的137亿年生命中,首次确认的如此大量的古代大质量星系,这对我们当前宇宙学中缺失的一些细节,进行了很好的补充。

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

古老而庞大的隐形星系被发现

没错,这些星系应该就是当时质量最大的星系,之所以如此难以被我们察觉,其中很大的原因都跟宇宙膨胀有关,尤其是时光线被拉伸的程度,也就是我们日常天文学中所指的红移。该空间的拓展,会导致光的波长变长,从而产生了向光谱红色端移动的现象。天文学家们分辨物体距离和了解物体的过去处于什么状态,都是通过这样的方法。当然,这种方式也存在其局限性,比如,当我们的观察主体位于宇宙130亿年前的时候,由于距离值太过庞大,可见光的波长将延伸到不再变成红外线的程度。与此同时,灰尘成为了这些较大星系难以被发现的另一个重要因素,尤其是当它们处于形成早期的时候。

早期宇宙中的隐形黑洞,与古代大规模星系之间有何关联?

另外,科学家们还发现,这39个古代星系和我们的银河系存在着一些不同的地方。首先我们可以从密度这个角度来进行探讨,银河系中恒星的密度会低于这些古代星系中的恒星,当恒星的密度变得更大,那么它们看上去将会更加明亮,并且还会吸引很多的恒星靠近。反之,如果空间被大量的尘埃所占据,那么恒星看上去就不会那么明显,在它们的背后往往都是一个巨大的黑暗空间。目前,我们的探索仪器还难以做到对这些星系更多研究,比如它们的化学成分,甚至是恒星种群。但对于所有科学家和天文爱好者而言,这都是一个令人激动的时刻,因为我们正在层层拨开宇宙的神秘外壳,了解其内部隐藏的那些真实的秘密。

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