IT之家 6 月 14 日消息，天文學(xué)家觀測(cè)到一顆遙遠(yuǎn)的類星體亮度出現(xiàn)了劇烈變化，其光度變化相當(dāng)于太陽(yáng)亮度的 2 萬(wàn)億倍。這是人類首次在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)亮度閃爍的類星體，該天體形成于 129 億年前，也就是宇宙大爆炸后僅約 9 億年。

類星體是部分星系中心活躍度極高的超大質(zhì)量黑洞。大量氣體不斷涌向黑洞并被其吞噬，黑洞也在這場(chǎng)瘋狂的吞噬過(guò)程中不斷成長(zhǎng)。氣體圍繞黑洞的事件視界旋轉(zhuǎn)，事件視界是黑洞的邊界，一旦越過(guò)便再無(wú)物質(zhì)能夠逃離。氣體因劇烈摩擦急劇升溫，進(jìn)而釋放出耀眼光芒。此外，磁場(chǎng)會(huì)裹挾氣體中的帶電粒子，形成強(qiáng)勁明亮的噴流，從超大質(zhì)量黑洞中向外噴射。正因如此，類星體成為宇宙中最明亮的天體之一。

人類目前已在宇宙中發(fā)現(xiàn)超百萬(wàn)顆類星體，但其中僅有約 200 顆誕生于宇宙大爆炸后的最初 10 億年里。絕大多數(shù)類星體都會(huì)出現(xiàn)亮度波動(dòng)，不過(guò)變化幅度通常較小。在此之前，天文學(xué)家從未在宇宙誕生最初十億年的類星體中觀測(cè)到如此明顯的閃爍現(xiàn)象。

麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理與空間研究所的吉恩?梁在一份聲明中表示：“我們?cè)缫阎?，附近宇宙中的類星體會(huì)發(fā)生亮度閃爍。這種現(xiàn)象源于流入黑洞的氣體流量出現(xiàn)波動(dòng)，而類星體的閃爍特征，能幫助我們了解黑洞吸積盤的結(jié)構(gòu)，以及黑洞吞噬物質(zhì)的狀態(tài)?！?/p>

這顆特殊的類星體總光度相當(dāng)于 12 萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)，其亮度波動(dòng)幅度約達(dá) 20%，差值等同于 2 萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)的亮度。如此劇烈的變化，也直觀體現(xiàn)出這顆黑洞的成長(zhǎng)速度有多快。

盡管亮度變化極為顯著，但由于距離過(guò)于遙遠(yuǎn)，這顆類星體在觀測(cè)視野中依舊十分昏暗，想要捕捉到它的亮度波動(dòng)絕非易事。它的光線在宇宙中穿行億萬(wàn)年，再加上宇宙膨脹效應(yīng)，光線波長(zhǎng)被不斷拉長(zhǎng)，偏向紅光波段，這一現(xiàn)象被稱作紅移。

宇宙中的“搖曳燭火”：遙遠(yuǎn)類星體明暗交替

吉恩?梁與麻省理工學(xué)院的同事安娜 - 克里斯蒂娜?艾勒斯帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，借助美國(guó)國(guó)家航空航天局已停止運(yùn)行的近地天體廣域紅外巡天探測(cè)器（NEOWISE）的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，最終找到了這顆罕見的閃爍類星體。該探測(cè)器連續(xù) 14 年對(duì)整片天空開展掃描，主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)具有潛在威脅的小行星，同時(shí)也記錄下了宇宙深空的諸多天象。

受紅移影響，這顆類星體的亮度波動(dòng)頻率也隨之降低。光線剛離開天體時(shí)，原本數(shù)日一輪的亮度變化，在抵達(dá)地球后，周期被拉長(zhǎng)至數(shù)月之久。也正因如此，NEOWISE 長(zhǎng)達(dá)十余年的觀測(cè)數(shù)據(jù)才顯得尤為關(guān)鍵。

梁說(shuō)道：“在這 14 年里，我們看到這顆類星體的光芒毫無(wú)規(guī)律地明暗交替，就像風(fēng)中搖曳的燭火?！?/p>

類星體在不同波段的亮度變化，與其周圍旋轉(zhuǎn)氣體的溫度波動(dòng)密切相關(guān)。氣體距離黑洞越近，溫度就越高。研究團(tuán)隊(duì)據(jù)此推斷，環(huán)繞這顆黑洞的氣體已形成一個(gè)極為扁平、形似薄餅的吸積盤。

對(duì)于演化成熟的類星體而言，這樣的結(jié)構(gòu)并不稀奇，但出現(xiàn)在如此“年輕”的類星體身上，卻有著顛覆性的研究意義。按照現(xiàn)有理論，超大質(zhì)量黑洞的成長(zhǎng)過(guò)程本就雜亂無(wú)序。宇宙大爆炸后僅 8.5 億年形成的早期類星體，其外圍的吸積氣體云本應(yīng)松散蓬松，如同形態(tài)混亂的厚環(huán)狀結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)類星體逐步演化成熟后，氣體才會(huì)聚攏成扁平的薄餅狀吸積盤。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這顆早期類星體的演化狀態(tài)，遠(yuǎn)超它所處的宇宙年齡。

艾勒斯解釋道：“這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，黑洞在成長(zhǎng)初期都會(huì)經(jīng)歷一段雜亂且高速的演化階段，而這個(gè)階段出現(xiàn)得極早，遠(yuǎn)早于它們演變?yōu)槊髁令愋求w的時(shí)期。這也是我們目前梳理出的新研究結(jié)論。”

如今，越來(lái)越多證據(jù)表明，超大質(zhì)量黑洞可由氣體云直接坍縮形成，其誕生速度遠(yuǎn)超人類以往認(rèn)知。詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的大量“小紅點(diǎn)”，也印證了這一點(diǎn)。而這顆 129 億年前就已演化成熟的類星體，進(jìn)一步支撐了超大質(zhì)量黑洞誕生早、演化快這一新理論。

梁表示：“這意味著在更早的宇宙時(shí)期，必然存在某種機(jī)制，讓這類天體快速走向成熟。”

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃借助詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，搜尋更加古老的類星體（目前人類發(fā)現(xiàn)的最古老類星體誕生于 132 億年前），試圖揭開它們快速演化的背后奧秘。

IT之家注意到，該項(xiàng)研究成果已于 6 月 8 日（周一）發(fā)表在《自然?天文學(xué)》期刊上。