天文学家总算解开了天体物理学里一个老谜团：为啥现在超大质量黑洞长得没那么快了？借助NASA钱德拉X射线天文台和其他X射线望远镜，研究发现超大质量黑洞现在吃物质的速度远不如远古时期那么快。研究结果登在了2025年12月的《天体物理学杂志》上。
一百亿年前有个时期，天文学家管它叫“宇宙正午”。那会儿，超大质量黑洞（质量是太阳的几百万到几十亿倍）长得最快，可以说是宇宙史上最猛的时期。可从那之后到现在，天文学家发现黑洞长个儿的速度明显慢了下来。
“这么大的减速到底是咋回事，一直是个未解之谜，”宾夕法尼亚州立大学的于志博（Zhibo Yu）表示，他是这项新研究的第一作者。“有了这些X射线数据和其他波段的观测结果，我们就能验证各种想法，一步步接近答案。”
当气体掉进超大质量黑洞时，它会变热并产生大量辐射，包括X射线。几十年来，钱德拉和其他X射线望远镜通过观测宇宙中不同距离的黑洞，揭示了黑洞增长速度的放缓。关键的是，长得更快的黑洞会放出更多X射线。
新X射线巡天发现黑洞增长放慢
通过分析钱德拉、欧洲航天局的XMM-牛顿以及eROSITA（eROSITA，即扩展伦琴巡天成像望远镜阵列，一项德俄合作任务）对约130万个星系和8000个正在增长的超大质量黑洞的观测数据，研究团队成功找出了黑洞减缓背后的“原因”。
“随着宇宙变老，黑洞吞东西的速度好像大大减慢了，”合著者尼尔·布兰特（宾夕法尼亚州立大学）表示。“这大概是因为从宇宙正午那会儿起，它们能吃的冷气体就变少了。”
在这项研究中，研究人员确定了黑洞的亮度和质量，以及调查中有多少星系拥有X射线源，这表明它们拥有正在增长的超大质量黑洞。该团队综合使用了多种调查数据，从对大范围天空的浅层扫描，到对小区域的极长时间观测。这种组合常被形象地比作一个分层的“婚礼蛋糕”。
分层望远镜数据拼出全貌
在观测中，XMM-牛顿和eROSITA负责中层和底层，观测范围更广但深度较浅。与此同时，钱德拉负责顶层，通过深度观测覆盖较小区域，从而能够探测到更暗淡、更遥远的增长中的黑洞。
“通过结合来自不同X射线望远镜的数据，我们可以比任何单一望远镜都更清楚地了解这些黑洞的成长情况，”密歇根大学的合著者范舟（Fan Zou）表示。“我们可以找出为什么在超过一百亿年的时间里，超大质量黑洞的增长从活跃变得从容，最后极其缓慢。”
探究黑洞减速原因
研究团队测试了目前解释黑洞增长放缓的三种主要可能性。这些可能性是：黑洞增长变慢是因为消耗效率降低、典型质量变小、还是活跃增长的黑洞变少了？
他们分析了跨越数十亿年宇宙历史的数据，发现黑洞在大爆炸之后越晚被观测到，物质消耗速度就越慢。研究人员预计，这种黑洞增长变慢的趋势会一直持续下去。
这项研究的一个关键难点是，质量更大和增长更快的黑洞都会发出更亮的X射线。他们利用其他波段的观测数据（包括光学和红外数据）来估算黑洞质量，从而分清这两个因素。
更多信息：Zhibo等人，《超大质量黑洞在z < 2时增长减缓的驱动因素》，《天体物理学杂志》（2025年）。DOI: 10.3847/1538-4357/ae173d
由钱德拉X射线中心提供
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