实习生 雷浩然 科技日报记者 张晔
宇宙中有一种特殊的星系，因其中心的黑洞疯狂吞食周围物质而发出极强的光芒，但因其发光区域比普通的星系小得多，乍看之下更类似于恒星，因此被称为“类星体”。
人类通过观测与分析，确认早期宇宙中的类星体中含有超级巨型的黑洞，它们的质量达到十几亿太阳那么重。这些黑洞如何在宇宙诞生不久就长成如此巨大的规模，一直是一个有争议的热门课题。
近日，美国亚利桑那大学Steward天文台的天文学家们近日发现了早期宇宙中最大的类星体，其质量相当于15亿个太阳，相关研究论文已发表在《天体物理学杂志快报》上。据悉，这个新发现的类星体正式命名为J1007 + 2115，它是两个距离我们最远的也是最老的已知类星体之一。
早期宇宙的印迹
宇宙诞生早期就形成了类星体，这为研究人员提供了一个难得的机会，可以窥视一个初期的宇宙：一个炽热而年轻的“大火球”冷却之后进入的黑暗时代。
类星体是目前已知宇宙中最活跃的天体之一，也是人类观测到的最遥远的天体。“类星体存在于银河系之外，”中国科学院紫金山天文台的刘四明教授介绍道，“根据目前的理论，类星体由超大质量黑洞驱动。在黑洞吞噬尘埃，气体甚至整个恒星等周围物质的过程中，大量的引力能被释放出来并产生辐射，从而导致类星体的亮度可以超过整个宿主星系。”
为此次发现的类星体提供动力的黑洞，质量极其巨大，它也是目前已知宇宙中距离我们最遥远，因此也是最早形成的两个类星体之一。根据红移测量，来自这颗类星体的光花了130.2亿年才能到达地球，这意味着它仅在大爆炸之后7亿年就开始了旅程。
“宇宙一直处于膨胀的过程中，故而，距离我们越远的天体，其形成越早，也越古老。对新发现类星体的光谱分析可以用来估计驱动其发光的黑洞的质量，” 刘四明介绍道，“由于膨胀宇宙中的光子红移现象，距离我们越远的天体，其产生的光子在被我们探测到时波长变得越长。远处天体的辐射功率可以由观测到的辐射强度和距离得到，辐射功率越大，黑洞的质量也越大。”
这个类星体是目前已知距离我们最遥远的两个类星体中质量更大的一个，驱动其发光的黑洞的产生和成长过程格外值得研究。
对研究的挑战
古老的类星体对研究早期宇宙至关重要。“目前主流的理论认为，黑洞是在恒星死亡时产生的，而类星体又是由超大质量黑洞驱动的。故而古老类星体的存在可以限制宇宙中第一代恒星的最晚形成时间以及随后的黑洞成长过程。” 刘四明介绍道，“换句话说，类星体出现得越早，对现有主流宇宙模型以及人们对黑洞产生和生长过程的认识的挑战也越大。”
根据目前的宇宙模型，早期的宇宙是“一团高度均匀的火球”，充满着氢与氦。随着宇宙的不断膨胀，宇宙的温度逐渐降低，使原本的电离气体变成了中性的气体而失去了发光的能力，宇宙冷却并进入“黑暗时代”。但是这些冷却的气体在空间并不是绝对均匀分布的，这些不均匀分布的气体最终在引力的作用下榻缩形成了第一代恒星。第一批恒星和星系的出现花了大约3亿至4亿年的时间，又开始使宇宙升温。
驱动类星体发光的黑洞如何在几亿年的时间里由几十个太阳大小长到十几亿太阳大小，一直困扰着天文学家和宇宙学家。这一发现为早期宇宙中黑洞的形成和生长理论提出了巨大挑战。根据目前的宇宙模型，自宇宙大爆炸起计算，几乎不可能在这么短的时间内，形成成熟的恒星，并且等待它死亡坍塌形成黑洞，而且还能在几亿年内成长到十几亿太阳大小。
刘四明认为，这个类星体的发现，对于早期宇宙的研究有着重要意义。“出现非常古老而巨大的黑洞可能会动摇目前‘黑洞是恒星死亡产物’的理论。因为从几十个太阳质量的黑洞成长成15亿个太阳质量的黑洞需要很长的时间”，刘四明解释道，“这可能会促使我们更新对早期宇宙的认识。”
