天文学家在宇宙早期历史中取得了一项突破性发现:一颗形成于宇宙大爆炸后仅9亿年的类星体,其亮度出现了前所未有的剧烈波动。这颗编号未知的遥远天体总光度相当于12万亿个太阳,亮度变化幅度高达20%,相当于2万亿个太阳的亮度差值。该发现不仅刷新了人类对早期宇宙的认知,更为超大质量黑洞的形成与演化理论提供了关键证据。
类星体作为宇宙中最明亮的天体之一,其本质是星系中心正在疯狂吞噬物质的超大质量黑洞。当气体向黑洞坠落时,会在事件视界外形成炽热的吸积盘,温度可达数百万摄氏度。剧烈摩擦产生的辐射覆盖从无线电波到伽马射线的全波段,同时磁场作用还会驱动两束相对论性喷流垂直于吸积盘喷出。这些极端物理过程使得单个类星体的亮度就能超越整个星系。
研究团队通过分析美国国家航空航天局已退役的近地天体广域红外巡天探测器(NEOWISE)长达14年的观测数据,在海量天文影像中捕捉到了这颗特殊天体的信号。由于宇宙膨胀导致的红移效应,原本数日周期的亮度变化被拉长至数月,这使得持续多年的监测成为必要条件。"就像用延时摄影记录烛火摇曳,我们见证了129亿年前黑洞吸积过程的剧烈动荡。"项目负责人吉恩·梁形象地描述道。
红外观测数据揭示出令人惊讶的细节:这颗年轻类星体周围的气体已形成极其扁平的吸积盘结构,类似薄饼状。这与传统理论预测的早期黑洞周围应为蓬松气体云形成鲜明对比。"按照标准模型,如此紧凑的盘状结构需要数十亿年演化才能形成。"团队成员安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯指出,"但我们的观测显示,黑洞在诞生初期就经历了高速演化阶段,这个过程远早于它们成为明亮类星体的时期。"
这项发表于《自然·天文学》的研究为黑洞快速形成理论提供了直接观测证据。近年来,詹姆斯·韦伯空间望远镜在早期宇宙中发现的众多"小红点"天体,已被证实是正在形成的原初黑洞。而此次发现的129亿岁类星体,其吸积盘结构成熟度远超宇宙年龄预期,进一步支持了气体云直接坍缩形成超大质量黑洞的假说。
研究团队正在筹备新的观测计划,拟利用詹姆斯·韦伯空间望远镜搜寻更古老的类星体。目前已知最古老的类星体诞生于宇宙大爆炸后6.5亿年,对这些天体的多波段观测或将揭示黑洞早期演化的完整图景。"我们正在寻找宇宙初期的'时间胶囊',"梁解释道,"每个古老类星体都携带者黑洞诞生的秘密,解开这些谜题将重塑我们对宇宙演化的理解。"


