研究詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的一群异常不发出X射线且质量超大的黑洞的天文学家发现，这些黑洞可能并没有看上去那么庞大。这篇描述了一种可能产生这类黑洞的合理情形的新论文于6月19日发表在《天文学与天体物理学》上。
自从詹姆斯·韦伯太空望远镜问世以来，天文学家已经能够在宇宙诞生后的头十亿年里探测到星系中心的大质量黑洞。这些黑洞是通过它们大量吞噬掉入的物质时发出的光被探测到的。为了计算这些黑洞的质量，天文学家观察以极高速度围绕它们旋转的气体，这些气体以谱线的形式被探测到。旋转越快，表明引力越强，进而意味着黑洞越重。这种方法在邻近宇宙中已经成功应用了数十年。
然而，当将其应用于詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的最早期黑洞时，这种方法得出的黑洞质量与其宿主星系相比显得过于巨大。推算出的质量对应关系与我们在本地宇宙中看到的大不相同。由于很难解释一个黑洞如何能如此迅速地增长到那么大，天文学家一直在想办法解释这些庞然大物是怎么出现的。
此外，这些黑洞中有许多并未在X射线中被探测到。这一现象令人费解，因为通常情况下，一个独立的极热等离子体区域位于黑洞吸积盘上方，被称为日冕，正是X射线发射的来源。
两个问题，一个解决方案
天文学家找到了一个办法，能同时解释这两个问题：超爱丁顿吸积（super-Eddington accretion）。当黑洞吞噬物质的速度超过了理论极限——超过这个极限，黑洞自身的辐射本应把下落的气体推开——时，就被称为超爱丁顿吸积。这种猛烈的进食方式可能会抑制X射线输出，而且还可能扭曲最初用来估算质量的发射线本身。
由罗马INAF天文台的Alessandro Trinca领导的团队建立了一个模型，将超爱丁顿吸积的物理机制与详细的吸积盘光谱结合起来，来检验这个想法。他们用它重新分析了此前用标准方法研究过的14个不发出X射线的黑洞。
他们发现，样本中的每一个黑洞都可以用两种截然不同的方式来解释。在一种情况下，这些黑洞质量巨大但几乎处于休眠状态。这意味着它们吸积的气体极少，以至于在任何波段上都几乎不辐射。在另一种情况下，这些黑洞质量相对较小，但以超爱丁顿速率疯狂吸积物质。这种机制自然会附带产生微弱的X射线。
轻量级黑洞
在比较每种解释的统计可能性时，14个天体几乎全都强烈倾向于小质量、快速吸积的解释。“巨大但休眠”的解释因物理上的原因被排除。
“第二种情况涉及超爱丁顿吸积系统，反而会产生本身偏红的光谱，这或许能更合理地解释这些天体其他被观测到的特征，”该团队在论文中写道。
研究人员指出，他们的模型没有考虑到可能同样阻挡X射线的浓密气体云。“还需要强调的是，我们的结果假设不存在能够吸收AGN所发出X射线的那种极高柱密度的气体，”他们指出。
他们表示，未来的观测，尤其是在不同波长以及详细光谱数据方面的观测，将有助于得出对这些黑洞质量和吸积率更可靠的估算。如果得到证实，这项研究的发现将缓解早期黑洞演化中最大的争议之一，因为它表明快速成长的黑洞可以看起来像比自身大得多的黑洞。
本文由我们的作者Shreejaya Karantha撰写，Lisa Lock编辑，Andrew Zinin进行事实核查和审阅——这篇文章凝聚了人类认真工作的心血。我们依靠像您这样的读者来让独立科学新闻继续存活下去。如果您觉得这篇报道有价值，请考虑捐赠（尤其是按月捐赠）。
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