距離132億光年！科學家發現迄今最遙遠黑洞，質量在一千萬至一億倍太陽質量之間

每經編輯 杜宇

據央視新聞客戶端11月10日消息，近日，美國科學家宣布，發現了迄今為止最遙遠的黑洞，距離地球約132億光年。這一科研成果本周在國際期刊《自然-天文學》在線發表。

圖片來源：央視新聞

結合美國宇航局錢德拉X射線天文臺和詹姆斯·韋布空間望遠鏡的數據，美國科學家發現了一個誕生于宇宙大爆炸后，僅4.7億年的黑洞的跡象，這是利用X射線發現的最遙遠的黑洞。

該黑洞位于一個名為UHZ1的星系中，距地球約132億光年，由美國哈佛-史密森天體物理學中心科學家阿科什·波格丹領導的團隊發現。黑洞形成時宇宙年齡只有現在的3%。

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利用錢德拉探測器經過兩周多的觀測，研究人員發現這個星系中存在強烈的、過熱的、發射X射線的氣體，這是一個不斷增長的超大質量黑洞的標志。

根據黑洞在吞噬周圍物質過程中發出的X射線等特征，研究人員估計這個黑洞的質量在一千萬至一億倍太陽質量之間。研究人員說，證據表明，該黑洞一誕生就巨大無比，質量接近其所處星系所有恒星質量的總和。但在其附近的宇宙區域，星系中黑洞的質量往往比其中恒星的總質量小得多。

研究人員認為，這個黑洞的特征支持了一些天文學家之前提出的相關理論，即在宇宙初期會因為巨大的星云坍縮而形成大型黑洞。研究人員計劃進一步分析相關數據，以更深入地探索宇宙形成初期的奧秘。

中國天眼FAST首次揭秘黑洞脈搏

據央視新聞，北京時間7月27日凌晨，國際科學期刊《自然》發表了圍繞中國天眼FAST發現的最新成果。武漢大學天文學系與中國科學院國家天文臺聯合領導的國際合作研究論文《Sub-second periodic radio oscillations in a microquasar》（微類星體中的亞秒級周期射電振蕩），揭示了黑洞噴流的復雜動力學特性。

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微類星體是銀河系內由一顆中子星或黑洞與一顆普通恒星組成的雙星系統，中子星或黑洞吸積恒星的物質產生高溫的吸積盤及相對論性的噴流，在觀測上表現為間歇性或長期變化的X射線和射電輻射，是研究強引力場和相對論物理的宇宙天然實驗室。GRS 1915+105是一顆著名的微類星體，含有一個快速旋轉的黑洞，并觀測到視超光速運動的射電噴流，是研究極端高能物理過程的重要樣本。自發現起近30多年來，該黑洞一直具有豐富的X射線光變特征和間歇性射電噴流，但我們對黑洞噴流的動力學和快速光變的起源依然不清楚。

為了揭開微類星體的相對論性噴流的神秘面紗，國際合作研究團隊自2020至2022年利用FAST對GRS 1915+105首次開展高時間精度的射電連續譜光變和偏振監測。利用FAST高采樣和探測靈敏度優勢，在2021年1月和2022年6月的兩次觀測均發現黑洞存在微弱的射電脈搏，脈搏周期約為0.2秒。這個脈搏周期不穩定，而且大部分時間無法探測，因此稱之為準周期振蕩。該合作研究成果中，武漢大學田鵬夫、張平博士、王偉教授及國家天文臺王培副研究員為共同第一作者，國家天文臺劉繼峰研究員、姜鵬研究員、李菂研究員等是共同作者。

這一成果是國際首次觀測到微類星體中亞秒級的低頻射電準周期振蕩的現象，并揭示黑洞系統的準周期振蕩現象與相對論性噴流直接相關。此次黑洞射電輻射脈搏的發現，對于揭示致密天體相對論性射電噴流的起源與動力學過程具有重要科學意義，將打開黑洞射電觀測和理論研究的新思路。

關于黑洞！中國“慧眼”又有新發現

據央視新聞，9月1日，《科學》以長文形式發表了主要基于慧眼衛星觀測結果的黑洞吸積磁場的最新研究成果。該項研究利用我國首顆空間X射線天文衛星慧眼號的觀測數據，聯合地面射電和光學望遠鏡觀測，發現了黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測證據。該研究工作由武漢大學、浙江大學、中國科學院上海天文臺、中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術大學、法國斯特拉斯堡天文臺、波蘭理論物理中心等單位共同完成。

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黑洞捕獲氣體的物理過程被稱為“吸積”，這種落向黑洞的氣體則被稱為吸積流，其處在等離子體狀態。吸積流中的黏滯過程能夠有效地釋放其引力勢能，部分地轉化為輻射能，產生多波段輻射被地面、空間望遠鏡所觀測到。因此，通過對氣體的吸積，黑洞間接地彰顯了自己的存在。對這些輻射的觀測已成為研究黑洞的重要途徑。

2019年，“事件視界望遠鏡”（EHT）合作組織發布了人類歷史上第一張黑洞照片（M87），揭開了我們能“看到”的黑洞及其周圍環境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在著“看不到”的磁場。黑洞吸積氣體的同時，也會向內拖曳磁場。理論認為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續帶入，吸積流內區磁場會逐漸增強。相應地，磁場對吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強，并最終與黑洞的向內引力相抗衡。此時，吸積物質便被磁場所囚禁，而無法自由地、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。磁囚禁盤理論模型已經發展得非常成熟，成功地解釋了黑洞吸積系統的許多復雜觀測現象。然而，至今還沒有磁囚禁盤存在的直接觀測證據，磁囚禁盤是如何形成的更是一個未解之謎。多項研究指出M87星系中心的超大質量黑洞周圍可能存在著磁囚禁盤。但是，即使是EHT對M87極高分辨率的觀測，獲得了其黑洞附近磁場信息（位型等），仍然沒能確認磁囚禁盤的存在。

除了星系中心的超大質量黑洞，宇宙中還存在著恒星級黑洞。目前，天文學家已經在許多雙星系統之中探測到恒星級黑洞的存在，其質量一般是太陽質量的十倍左右。科研團隊利用對黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發時的多波段觀測數據觀測到前所未見的長時標延遲現象：噴流的射電輻射和吸積流外區的光學輻射，分別滯后于吸積流內區高溫氣體（熱吸積流）的硬X射線約8天和17天。科研團隊指出，吸積盤外區弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強，吸積流徑向尺度越大磁場增強越明顯。研究團隊通過分析X射線觀測數據發現：硬X射線輻射隨吸積率減小而下降，而熱吸積流徑向尺度隨吸積率下降而快速膨脹，使得黑洞附近磁場迅速增強，因而在硬X射線輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤。

這項工作第一次揭示了吸積流中的磁場輸運過程，及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程。因而，成為迄今為止，磁囚禁盤存在的最直接觀測證據。由于物理過程的普適性，這項研究成果將極大地推進對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機制等關鍵科學問題的理解。

每日經濟新聞綜合央視新聞