天文學(xué)家使用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡，觀測到了宇宙中一些最早星系周圍的低溫氣體庫。這些氣體暈是這些星系中心超大質(zhì)量黑洞的完美食物，這些黑洞現(xiàn)在被認為是125億年前的樣子。

這種食物儲存也許可以解釋為什么這些“宇宙怪獸”在宇宙歷史上，被稱為“宇宙黎明”的時期生長得如此之快。德國海德堡馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所的伊曼紐爾·保羅·法里納領(lǐng)導(dǎo)了發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上的這項研究。

天文學(xué)家現(xiàn)在第一次能夠證明，原始星系環(huán)境中確實有足夠的食物來維持超大質(zhì)量黑洞增長和旺盛的恒星形成。這為天文學(xué)家正在構(gòu)建描繪120億多年前宇宙結(jié)構(gòu)如何形成的謎題增加了一塊基礎(chǔ)。超大質(zhì)量黑洞是如何在宇宙歷史上這么早就變得如此之大？研究表明：這些質(zhì)量是太陽的幾十億倍，早期黑洞的存在是一個很大的謎。這意味著，第一批黑洞可能是從第一批恒星的坍塌中形成，它們的增長速度肯定非?？?。

但是，到目前為止，天文學(xué)家還沒有發(fā)現(xiàn)足夠多的“黑洞食物”（氣體和塵埃）來解釋這種快速增長。讓事情更復(fù)雜的是，之前用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列ALMA進行的觀測顯示，這些早期星系中存在大量塵埃和氣體，這些塵埃和氣體助長了恒星的快速形成。ALMA的這些觀測表明，可能幾乎沒有剩余的東西來喂飽一個黑洞。為了解開這個謎團，天文學(xué)家使用智利阿塔卡馬沙漠ESO甚大望遠鏡上的繆斯儀器來研究類星體。

這項研究觀測了31個類星體，這些類星體被認為是125億多年前的樣子，當(dāng)時宇宙還是一個嬰兒，只有大約8.7億年的歷史。這是宇宙歷史上最大的類星體樣本之一。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，12個類星體被巨大的氣暈包圍：從中央黑洞延伸10萬光年、質(zhì)量是太陽數(shù)十億倍的冷密氫氣光暈。來自德國、美國、意大利和智利的研究小組還發(fā)現(xiàn)，這些氣體暈與星系緊密結(jié)合，為維持超大質(zhì)量黑洞的增長和旺盛的恒星形成，提供了完美的食物源。

這項研究之所以成為可能，要歸功于歐洲南方天文臺VLT上的多單元光譜探測器MUSE（繆斯）的超高靈敏度，這是類星體研究中的“游戲規(guī)則改變者”。在每個目標(biāo)的幾個小時內(nèi)，研究人員能夠深入研究年輕宇宙中存在的最大質(zhì)量和最貪婪黑洞的周圍環(huán)境。雖然類星體很明亮，但它們周圍的氣暈卻很難觀察到，但繆斯可以探測到暈中微弱的氫氣輝光，讓天文學(xué)家最終揭示出：為早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞提供動力的食物儲備。

博科園｜研究/來自：歐洲南方天文臺

參考期刊《天體物理學(xué)》

Cite: arXiv:1911.08498

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