黑洞和类星体是在大爆炸后不到十亿年形成的

超大质量黑洞似乎存在于每个星系的中心，其历史可以追溯到宇宙中最初的一些星系。 我们不知道他们是如何到达那里的。 它们不可能像它们一样快地从超新星遗迹成长为巨大的尺寸。 我们不知道有任何其他机制可以形成足够大的东西，以至于不需要指数增长。

早期宇宙中超大质量黑洞显然不可能存在，这已经是一个问题了。 詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了以前存在超大质量黑洞的星系的例子，这让事情变得更糟。 在最新的例子中，研究人员使用韦伯来描述由超大质量黑洞驱动的类星体，因为它存在于大爆炸后约 7.5 亿年。 而且看起来异常正常。

回顾过去

类星体是宇宙中最亮的物体，由超大质量黑洞提供活跃的燃料。 它们周围的星系为它们提供了足够的物质来形成明亮的吸积盘和强大的喷流，两者都会发出大量的辐射。 它们通常部分被尘埃覆盖，尘埃因吸收黑洞发射的部分能量而发光。 这些类星体发出如此多的辐射，最终将附近的一些物质完全推出银河系。

因此，早期宇宙中这些特征的存在告诉我们，超大质量黑洞不仅存在于早期宇宙中，而且在最近的时候也被纳入了星系中。 但他们的学习非常困难。 首先，我们还没有识别出其中的许多人； 只有九个类星体可以追溯到宇宙八亿年前。 由于这个距离，特征很难被发现，而且宇宙膨胀引起的红移吸收了许多元素的强烈紫外线辐射，并将其延伸到深红外区域。

然而，韦伯望远镜是专门设计用于通过其对出现这种辐射的红外波长的敏感性来探测早期宇宙中的物体。 因此，新的研究依赖于将韦伯指向已发现的九个类星体中的第一个，J1120+0641。

而且看起来……非常正常。 或者至少与宇宙历史上最近时期的类星体非常相似。

大部分正常

研究人员分析了类星体辐射的连续性，并发现了明显的迹象，表明它被嵌入一团炽热的尘埃物质中，就像在后来的类星体中看到的那样。 这种尘埃比一些现代类星体要热一些，但这似乎是宇宙历史早期阶段这些物体的共同特征。 来自吸积盘的辐射也出现在发射光谱中。

估计 10 区域内黑洞质量产生值的不同方法⁹ 质量是太阳的许多倍，显然位于超大质量黑洞区域。 还有证据表明，一些辐射的轻微蓝移表明类星体正在以每秒约 350 公里的速度将物质吹走。

有一些奇怪的地方。 首先，该物质似乎也在以每秒约 300 公里的速度向内坠落。 这可能是由于吸积盘中物质远离我们旋转造成的。 但如果是这样，则必须通过圆盘另一侧朝我们旋转的物质来满足它。 这种现象在非常早期的类星体中也曾多次出现过，但研究人员承认“这种效应的物理起源尚不清楚。”

他们提出的一种解释是，整个类星体正在移动，由于之前与另一个超大质量黑洞的合并而偏离了银河系中心的位置。

另一个奇怪的事情是，还有一种极快的高度电离碳流动，其移动速度是后来类星体的两倍。 我们以前见过这个，但也没有任何解释。

这怎么发生的？

尽管有这些奇怪之处，这个物体与最近的类星体非常相似：“我们的观察表明，尘埃环面和类星体的复杂结构 [accretion disk] 可以证明自己周围 [supermassive black hole] “大爆炸后不到 7.6 亿。”

这又是一个问题，因为它表明在宇宙历史的早期，其宿主星系中就存在着一个超大质量黑洞。 为了达到此处所示的尺寸，黑洞会突破所谓的爱丁顿极限，即在产生的辐射排出附近物质、窒息黑洞的食物供应之前它们可以吸入的物质量。

这提出了两种选择。 首先，这些物体在其历史的大部分时间里吸收的物质远远超出了爱丁顿极限，这是我们没有观察到的，对于这个类星体来说当然不是这样。 另一种选择是他们一开始规模很大（大约 10⁴ 倍太阳质量）并继续以更合理的速度供给。 但我们真的不知道这么大的东西是如何形成的。

因此，早期宇宙仍然是一个有些令人困惑的地方。

自然天文学，2024。DOI： 10.1038/s41550-024-02273-0 （关于数字身份证）。