天文學家發現不該存在的「類星體」：揭開宇宙早期超大質量黑洞之謎

天文學家最近發現了一個令人震驚的天體：一個在大爆炸後僅10億年就已快速成長的年輕黑洞。這個罕見的發現，為我們理解宇宙早期超大質量黑洞的形成提供了關鍵線索。研究團隊發現了一個極為遙遠的「類星體」（Blazar），其光線經過129億年才抵達地球，這意味著我們看到的景象是宇宙誕生初期的事件。

類星體是一種特殊且強大的活躍星系核（AGN），其特徵是噴射出高能粒子流。這項發現之所以重要，是因為擁有噴流的黑洞被認為比沒有噴流的黑洞成長得更快。研究這些早期的類星體，有助於解釋為何某些黑洞能在大爆炸後迅速成為超大質量黑洞。

活躍星系核位於許多星系的中心，是宇宙中最明亮的天體之一。它們的巨大能量來自於超大質量黑洞，這些黑洞透過「吸積」過程吞噬周圍物質。吸積是物理學中已知最有效的將物質轉化為能量的方式，使得活躍星系核的亮度可以超過數百甚至數千個星系的總和，而其體積卻比我們的太陽系還小。

約有10%的活躍星系核會產生強大的粒子噴流，這些噴流從黑洞周圍區域向相反方向射出，並受到吸積盤中磁場的影響。類星體是一種特殊的活躍星系核，只有當其噴流恰好指向地球時，我們才能觀測到它。這種極為罕見的對齊使得類星體看起來異常明亮，就像直視一支強力手電筒。此外，類星體的亮度變化迅速，有時僅在幾小時甚至幾分鐘內就會發生變化，這是由於吸積盤中的湍流活動以及噴流磁場與帶電粒子之間的複雜相互作用所造成。

這項新發現是由馬克斯·普朗克天文學研究所的Eduardo Bañados領導的國際團隊，透過系統性搜尋早期宇宙中的活躍星系核所取得的成果。由於光線需要時間才能到達地球，我們看到的遙遠天體其實是它們數百萬甚至數十億年前的模樣。對於更遙遠的天體，宇宙膨脹引起的「宇宙紅移」會將其光線波長拉長，使其超出可見光範圍。Bañados團隊利用這一特性，系統性地搜尋那些在無線電波調查中明亮但在可見光中無法觀測到的天體。

在符合條件的20個候選天體中，只有一個名為J0410–0139的天體在無線電波段顯示出顯著的亮度變化，這表明它可能是一個類星體。研究團隊隨後動用了多臺望遠鏡進行深入觀測，包括歐洲南方天文臺的「新技術望遠鏡」（NTT）和「甚大望遠鏡」（VLT），以及美國國家射電天文臺的「甚大陣列」（VLA）等，最終確認了這個天體的類星體身份。

觀測結果還揭示了這個活躍星系核的距離（透過紅移測量），甚至發現了其宿主星系的痕跡。來自這個活躍星系核的光線經過129億年才抵達地球，攜帶著宇宙早期的資訊。Bañados指出，J0410–0139的類星體身份具有重要的統計意義，這意味著在宇宙早期，可能存在許多類似的活躍星系核，只是它們的噴流並未指向地球。

這項發現對宇宙歷史和星系中心超大質量黑洞的成長具有深遠影響。擁有噴流的活躍星系核可能比沒有噴流的黑洞成長得更快，因為噴流的磁場可以幫助氣體減速並落入黑洞，從而加速黑洞的質量增長。這項研究將成為未來探討早期宇宙黑洞成長模型的重要基石，並暗示了129億年前存在大量擁有噴流的活躍星系核。

參考文獻： Eduardo Bañados et al., A blazar in the epoch of reionization, Nature Astronomy, 17 December 2024. Eduardo Bañados et al., [CII] properties and Far-Infrared variability of a z = 7 blazar, Astrophysical Journal Letters, 18 December 2024.