天文学家发现了一个位于一个银河系中心的超大质量黑洞，该银河系在大爆炸后仅出现了15亿年。这个黑洞正在以惊人的速度消耗物质——超过理论上认为可能的40倍。尽管这一现象可能不会持续很久，但它可能有助于解释超大质量黑洞在宇宙早期阶段如何快速增长。
利用来自美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家团队的NASA詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）和钱德拉X射线天文台的观测，发现了一个在大爆炸后仅形成了15亿年的银河系中的超大质量黑洞。这个黑洞以惊人的速度吞噬物质——超过理论限制的40倍。尽管它的寿命可能较短，但这个黑洞的“盛宴”可能为理解超大质量黑洞如何在早期宇宙中如此迅速发展提供了重要线索。
大多数银河系的中心都有超大质量黑洞，现代望远镜的天文学家们能够在宇宙历史的早期阶段观察到它们。理解这些黑洞是如何在短时间内达到如此巨大的规模是具有挑战性的。然而，最近发现的一个低质量超大质量黑洞在大爆炸后仅15亿年就贪婪地吞噬物质，为黑洞在宇宙幼年期内如何迅速增长提供了新的线索。
这一黑洞被称为LID-568，由国际双子望远镜/NSF NOIRLab的Hyewon Suh领导的天文学家团队识别。他们利用JWST对钱德拉X射线天文台进行的COSMOS遗产调查中一组银河系进行了分析。这些银河系发出强烈的X射线辐射，但在光学和近红外观测中是隐蔽的。JWST的先进红外灵敏度使其能检测到这些微弱的辐射。
LID-568因其强大的X射线输出而特别显眼，但仅基于X射线数据精确定位其位置是具有挑战性的，导致JWST在对其进行定位时遇到困难。为了克服这个问题，科学家们建议使用JWST的积分场光谱仪（NIRSpec），该仪器能够为视场内的每个像素采集光谱，而不是仅仅获取一条狭窄的带状区域。
“如果没有JWST，LID-568的探测将是不可能的，因为它太微弱了。使用积分场光谱仪对于我们的观察既创新又必要，”国际双子望远镜/NSF NOIRLab的天文学家Emanuele Farina解释道，他是发布在《自然天文学》上的研究论文的共同作者。
NIRSpec仪器使团队能够获得关于他们目标及其附近环境的全面数据，意外发现了中央黑洞周围强大的气体喷流。这些喷流的显著速度和规模表明，LID-568的大部分质量增长可能发生在一次快速进食的过程中。“这个意想不到的发现为我们对该系统的理解增添了一个新的维度，并开启了激动人心的新研究机会，”Suh指出。
在意想不到的事件中，Suh和她的团队发现LID-568以惊人的速度吞噬物质——其吞噬速度是爱丁顿极限的40倍。爱丁顿极限代表了黑洞在平衡向内的引力和来自进入物质热量的向外压力时所能达到的最大亮度。当计算表明LID-568的亮度显著超出了理论可行性时，团队意识到他们发现了非凡的事物。
“这个黑洞正在享用丰盛的晚餐，”国际双子望远镜/NSF NOIRLab的天文学家Julia Scharwächter评论道，她是研究的共同作者。“这个极端情景表明，超越爱丁顿极限的快速吞噬机制可能有助于解释如此巨大黑洞在宇宙历史早期的存在。”
这些发现为超大质量黑洞如何可能由较小的“种子”黑洞形成提供了线索。目前的理论认为，这些种子来自宇宙第一批恒星的残骸（轻种子）或气体云的直接坍塌（重种子）。到目前为止，支持这些理论的观测证据一直很少。“超爱丁顿黑洞的发现表明，无论种子的来源如何，相当一部分质量增长可能发生在一次快速的进食阶段，”Suh表示。
LID-568的发现表明，一个黑洞可以超越其爱丁顿极限，为天文学家提供了初步机会来研究这一现象的发生机制。检测到的LID-568周围的强大喷流可能充当了由如此极端积聚产生的多余能量的释放机制，帮助稳定该系统。为了进一步探讨涉及的机制，团队计划利用JWST进行后续观察。
