韋伯太空望遠鏡驚見暴食黑洞 成長速度40倍超理論極限

美國國家科學基金會（NOIRLab）天文團隊利用韋伯太空望遠鏡（JWST），發現一個名為LID-568的超大質量黑洞，這黑洞以超乎尋常的速度吞噬周圍物質，進食速率達到理論極限的40倍。

發現提供早期黑洞擴大新線索

這個關於LID-568的超大質量黑洞的發現，挑戰了現有的黑洞成長理論，並為早期宇宙中黑洞如何快速擴大提供了新線索。

現代天文學已經知道，超大質量黑洞通常位於星系中心，但觀測到它們在宇宙早期迅速出現依然令人驚訝。要解釋這些黑洞如何能在短時間內變得如此巨大，至今仍是科學界的一大難題。此次發現的LID-568黑洞，或許有助於解答這個疑惑。

韋伯望遠鏡助探測微弱輻射

據《每日科技網》（scitechdaily）報導，LID-568由國際雙子星天文台博士徐曉媛（Hyewon Suh）所帶領的研究團隊發現。他們利用韋伯望遠鏡觀測了多個來自錢卓拉X光天文台COSMOS計劃中的星系。這些星系在X光波段非常明亮，但在可見光和近紅外光中幾乎看不見。受惠於韋伯望遠鏡的高靈敏度，團隊得以探測到其中微弱的輻射，進而發現了LID-568。

黑洞進食速率達愛丁頓極限40倍 經歷極端快速成長期

LID-568的強烈X光輻射使它在樣本中顯得格外顯眼，但光靠X光觀測無法確定其精確位置。為此，研究團隊採用了韋伯望遠鏡上配備的積分場光譜儀，這樣可以為視野中每個像素獲得完整的光譜，增強了精確定位的能力。

LID-568的進食速率之所以引人注目，是因為它遠超過了所謂的「愛丁頓極限」（Eddington Limit）。愛丁頓極限是指黑洞進食速率的理論上限，達到此極限時，黑洞吸積物質所產生的輻射壓力會與引力相抗衡，使黑洞進食達到平衡點。當黑洞吸收物質的速度接近這個上限時，通常會因輻射壓力阻礙而無法持續加速。但LID-568的進食速率竟然達到愛丁頓極限的40倍，顯示它可能經歷了極端快速的成長期。

（示意圖）

強大能量釋放穩定系統 避免進食過快而崩潰

這項發現讓科學家得以從新角度觀察黑洞的形成過程。依照目前的理論，超大質量黑洞可能是宇宙早期星體死亡後形成的「小種子」，或是直接由氣體雲塌縮而成的「大種子」。LID-568的快速成長顯示，黑洞可能在成長初期經歷了快速的進食階段。

團隊認為，LID-568的強大能量釋放可能在一定程度上穩定了這個系統，讓它避免因進食過快而崩潰。接下來，研究團隊將進行後續觀測，試圖更深入地了解這一現象的運行機制。

美國加州理工學院（Caltech）的天文研究團隊利用最新的X射線觀測技術，首次成功描繪出黑洞的「日冕」真實形態，徹底改變了科學界對黑洞結構的認知。

黑洞日冕通常被其他物質遮蔽難以觀測

類似於觀賞日全食時看到的環繞月球邊緣的耀眼光環（太陽日冕），黑洞周圍也存在著稱為「黑洞日冕」的高溫區域。儘管太陽日冕在地球上看來稀薄得近乎真空，但其溫度卻高達數百萬度，使其在日全食時清晰可見。

然而，由於黑洞日冕通常被其他物質遮蔽，再加上其光度經常被吸積盤的強光所掩蓋，科學家過去難以直接觀測這一神秘區域。

根據現有理論，活躍黑洞的結構主要包括三個部分：環繞黑洞的環狀氣體和塵埃、沿著黑洞旋轉平面的吸積盤，以及從極區噴發出的高速粒子噴流。這種結構有助於解釋為何不同觀測角度下的活躍星系核（AGN）呈現不同外觀。在這個模型中，吸積盤的內部應該存在一個極度稀薄但溫度高達幾十億度攝氏的超高溫區域，這就是科學家長期尋找的黑洞日冕。

採用類似觀測太陽日冕的巧妙方法

科學新聞網站《Science Alert》報導，研究團隊採用了類似觀測太陽日冕的巧妙方法。他們利用NASA的X射線偏振探測器（IXPE），觀測了多個被遮蔽的黑洞，包括銀河系中的天鵝座X-1和X-3，以及大麥哲倫星雲中的LMC X-1和X-3。這些「遮蔽黑洞」的特點在於周圍的氣體和塵埃會阻擋人們直接觀測吸積盤，就像日全食時月球遮蔽太陽一樣。

呈現與吸積盤相似的盤狀結構

儘管無法直接觀測黑洞日冕，科學家發現，由於日冕溫度極高，會釋放高能量的X射線。這些X射線在與周圍物質相互作用後發生散射，部分散射光最終進入觀測設備。通過分析這些散射X射線的偏振特性，研究團隊意外地發現黑洞日冕並非像太陽日冕那樣呈球狀，而是呈現與吸積盤相似的盤狀結構。

有助於更全面地探究宇宙演化過程

這一重大發現有助於科學家完善黑洞理論模型，進一步理解黑洞如何吞噬物質，以及遙遠星系中活躍星系核的運作機制。通過深入研究黑洞日冕，天文學家將能更全面地探究宇宙演化過程，以及黑洞在宇宙結構和能量運作中的關鍵作用。研究團隊表示，未來將繼續利用更先進的觀測設備，深入研究黑洞日冕的物理特性，期待揭開更多宇宙運作的奧秘。

NASA 圖片