一个长久困扰天文学家的谜题是:早期宇宙里的超大质量黑洞,怎么能在短短几亿年里就长到那么大?如今,一颗新发现的类星体让这个问题变得更加扎眼——它把人类看到的最远黑洞纪录又往前推了一大截。

7月6日,《天文学与天体物理学》杂志刊登了一项研究:欧洲空间局的欧几里得太空望远镜,找到了迄今为止距离我们最远的超大质量黑洞。这颗名为EUCL J1729的类星体,发出的光芒来自大爆炸后仅仅6.62亿年。上一个纪录保持者是2021年发现的,比它晚了1500万年。

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荷兰莱顿大学的天文学家杨大明直言:“每往时间深处迈一步,这个问题就更难解释。”下面我们就用五个要点,拆解这次发现为什么既让人兴奋,又让理论学家头疼。

一、新纪录长什么样?
EUCL J1729是一颗类星体——中心黑洞疯狂吞噬周围物质,物质被加热到白热化,因此整片区域亮度极高。它的光走了将近整个宇宙年龄才到达地球,直接向人们展示了宇宙诞生不到7亿年时的样子。这种极端遥远的天体,对于理解早期结构的形成至关重要。

二、红外之眼是破局关键
能逮住它,全靠欧几里得太空望远镜的红外观测能力。这架望远镜在2024年启程,计划用6年时间绘制约三分之一天空的红外图像。选择红外波段并不是图方便。光在膨胀的宇宙中穿行时会不断被拉伸,波长变长,也就是发生红移。早期宇宙里类星体发出的可见光,等跑到我们望远镜这里早已被拉成了红外线。没有红外之眼,就等于蒙着眼睛找远距离目标。

三、一下子从个例变成群体
在欧几里得出手之前,天文学家拼尽全力也只能瞥见大爆炸后约7.7亿年以内最亮的那几颗类星体,总共就数出9颗更早时期的候选体。而欧几里得仅仅工作了18个月,就一口气发现了12颗更古老的大质量黑洞,其中EUCL J1729排第一,第二名、第三名也都出自这批新发现的名单。杨大明认为这件事的意义不亚于打破纪录:“这把这个领域从研究寥寥几个异常天体,转向研究最早超大质量黑洞整体族群。这一点和刷新距离纪录同样重要。”

四、暗的才是大多数
一个值得留意的细节是,这批新类星体比此前在相近距离发现的那些要暗淡得多。这很可能是因为过去望远镜只能捡亮得发指的天体,才让它们显得稀有。现在欧几里得开始翻出那些暗淡的大多数,人们才有机会看清那个时代类星体到底长什么样。换句话说,此前建立的“典型形象”可能只是幸存者偏差的产物,真正的普遍图景现在才开始浮出水面。

五、悬念未了,搜索继续
研究团队接下来计划动用詹姆斯·韦布空间望远镜等设备进一步探究这些类星体的质量和周边环境。至于更大的野心,杨大明说了一句大实话:“搜索根本停不下来。”按欧几里得的性能,它理论上能捕捉到大爆炸后6.45亿年发出的光芒,这比目前的纪录又早了1700万年。而这一突破可能来得很快——说不定今年之内,我们又会收到新的破纪录消息。

从找出个别稀有物,到终于可以对早期大质量黑洞的族群特性说上几句,欧几里得这次亮相可以说是给整个方向换了一副眼镜。当然,眼镜越清晰,那个老问题就越刺眼:它们到底怎么发育得这么快的?每添一笔新数据,理论家面前的空白就又少了一块,但解释难度似乎又加了一层。