黑洞是怎么“長大”的？這是天文學研究的一個重要課題。國際期刊《自然·天文學》近期發(fā)表的一篇論文介紹，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一個處于“狂吃”階段的超大質(zhì)量黑洞——它在宇宙大爆炸后約15億年起就能以極快速度吞噬物質(zhì)。這個名為LID-568的黑洞吞噬物質(zhì)的速度超過“愛丁頓極限”40倍。它的發(fā)現(xiàn)為理解早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的形成和快速成長提供了寶貴線索。

　　同現(xiàn)有理論不符的新發(fā)現(xiàn)，往往蘊藏著科學發(fā)展的可能。黑洞研究已有100多年歷史。黑洞是一種高密度天體，通常由大質(zhì)量恒星或星云坍縮形成，其引力之強，使得周圍一定范圍內(nèi)的光都無法逃脫。黑洞可以通過吸積（即吞噬）周圍物質(zhì)而實現(xiàn)成長。落入黑洞的物質(zhì)越多越重，黑洞的質(zhì)量、半徑和體積也就越大。不過這些物質(zhì)在落入黑洞前會圍繞它形成發(fā)光發(fā)熱的吸積盤，從而被人類探測到。同時，黑洞的壽命不是無限的。黑洞會產(chǎn)生一種被稱為“霍金輻射”（因物理學家霍金發(fā)現(xiàn)而得名）的微弱輻射，從而最終蒸發(fā)消失。這個蒸發(fā)過程非常慢。據(jù)估計，誕生于宇宙之初，質(zhì)量大于10億噸的黑洞，現(xiàn)在應該還沒有蒸發(fā)完。

　　目前，科學界關于早期黑洞的形成機制主要有兩種理論——輕種子模型和重種子模型。前者認為，黑洞起源于宇宙最早一代恒星的坍縮，隨后在吸積過程中逐漸增大。后者認為，黑洞直接由大質(zhì)量氣體云坍縮形成，起始質(zhì)量更大。這兩種理論均認為，超大質(zhì)量黑洞的形成需要經(jīng)過數(shù)億年的持續(xù)吸積。同時，黑洞的生長受到“愛丁頓極限”的制約。“愛丁頓極限”是一個理論計算值，指黑洞在吸積物質(zhì)時能夠達到的最大亮度與吞噬速率的平衡點。理論上，超出這一極限，黑洞的輻射壓力會將吸積物質(zhì)向外推開，限制其進一步成長。

　　此次研究團隊發(fā)現(xiàn)LID-568時，它的吸積率遠超“愛丁頓極限”。這說明宇宙早期的黑洞可能經(jīng)歷過多個快速吸積階段，以極快速度在成長。這一發(fā)現(xiàn)還證明，無論形成之初的質(zhì)量如何，這類黑洞都能在短時間內(nèi)快速“進食”，一口吃成“大胖子”。這一機制對理解黑洞形成過程至關重要，揭示了宇宙大爆炸后超大質(zhì)量黑洞形成的潛在多樣性。

　　近日，國際期刊《自然》也刊登了英國劍橋大學領銜的一個研究團隊的新發(fā)現(xiàn)。該團隊利用韋布空間望遠鏡，在大爆炸發(fā)生僅約8億年后的早期宇宙中，探測到一個處于休眠狀態(tài)的巨型黑洞，其質(zhì)量高達太陽的4億倍。研究團隊認為它可能“生而巨大”，或者和LID-568一樣在短時間內(nèi)突破“愛丁頓極限”，快速生長，隨后便進入漫長的休眠期。劍橋大學的發(fā)現(xiàn)進一步佐證了現(xiàn)有的黑洞增長模型仍有完善空間。

　　作為宇宙中最神秘的天體之一，超大質(zhì)量黑洞不僅是星系中心的“心臟”，更是理解宇宙演化規(guī)律的關鍵。它的形成和成長以及與宿主星系的相互作用，勾勒出一個動態(tài)而復雜的宇宙生態(tài)系統(tǒng)。近年來，得益于觀測工具的不斷升級，人類對于黑洞的認知在不斷刷新。幾年前，人們通過視界面望遠鏡首次看到M87星系和銀河系中心的黑洞照片。近兩年，隨著一些更為先進的望遠鏡的發(fā)射和應用，人們對于黑洞有了更多的了解。2021年12月發(fā)射的韋布空間望遠鏡，紅外靈敏度極高，能夠捕捉到光學波段無法觀測到的距離地球很遠的天體——高紅移天體；1999年發(fā)射的錢德拉X射線天文臺依舊是目前最強大的X射線望遠鏡之一，專門觀測高能天體。

　　未來隨著觀測技術(shù)的提升和多學科交叉研究的深化，研究人員將能更詳細地刻畫黑洞的生長歷史和物理機制。人類正逐步揭開隱藏在宇宙深處的“冰山”，這些新發(fā)現(xiàn)或?qū)㈩嵏矀鹘y(tǒng)宇宙觀，為探索自然界的終極奧秘開啟新的篇章。

　　（作者為中國科學院國家天文臺研究員、中國科學院大學教授）

　　《 人民日報 》（ 2025年03月03日 11 版）