在今天发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇文章中，新的证据表明，大爆炸后不到10亿年的时间里，质量是太阳几十亿倍的超大质量黑洞是如何迅速形成的。由国家天体物理研究所（INAF）的研究人员领导的这项研究分析了21个类星体的样本，这些类星体是迄今为止发现的最遥远的类星体，由xmm -牛顿和钱德拉太空望远镜在x射线波段观测到。研究结果表明，这些巨型类星体中心的超大质量黑洞（第一批形成于宇宙黎明时期）可能是通过非常快速和强烈的吸积达到了它们的超大质量，从而为它们在宇宙早期的存在提供了一个合理的解释。
类星体是由中心超大质量黑洞（被称为活动星系核）提供能量的活跃星系，这些黑洞在吸引物质时释放出巨大的能量。它们非常明亮，离我们很远。特别是，在这项研究中检测的类星体是迄今为止观测到的最遥远的物体之一，其历史可以追溯到宇宙诞生不到10亿年的时候。
在这项工作中，对这些物体的x射线发射的分析揭示了它们中心的超大质量黑洞的一个完全意想不到的行为：x射线发射的形状与类星体喷射的物质风的速度之间出现了联系。这种关系将风速（每秒可达数千公里）与日冕中气体的温度联系起来，日冕是距离黑洞最近的x射线发射区域。因此，日冕被证明与黑洞本身强大的吸积机制有关。具有低能量x射线发射的类星体，因此日冕中的温度较低，显示出更快的风。这表明了一个高度快速的增长阶段，超过了物质吸积的物理极限，即爱丁顿极限，这就是为什么这个阶段被称为“超级爱丁顿”。相反，具有高能x射线辐射的类星体往往表现出较慢的风。
“我们的工作表明，在宇宙生命的第一个十亿年内形成的第一批类星体中心的超大质量黑洞实际上可能非常迅速地增加了它们的质量，挑战了物理学的极限，”该研究的主要作者和罗马INAF的研究员Alessia Tortosa说。“发现x射线发射和风之间的这种联系对于理解如此大的黑洞如何在如此短的时间内形成至关重要，从而为解决现代天体物理学中最大的谜团之一提供了具体的线索。”
这一结果主要是通过分析欧洲航天局（ESA）的xmm -牛顿太空望远镜收集的数据得出的，该望远镜对类星体进行了大约700小时的观测。大部分数据是在2021年至2023年之间收集的，作为xmm -牛顿多年遗产计划的一部分，在罗马INAF研究员Luca Zappacosta的指导下，是HYPERION项目的一部分，该项目旨在研究宇宙黎明时期的超亮类星体。这项广泛的观测活动由一组意大利科学家领导，并得到了INAF的重要支持，INAF资助了该计划，从而支持了对宇宙早期结构演化动力学的前沿研究。
“在HYPERION项目中，我们专注于两个关键因素：一方面，仔细选择要观察的类星体，选择泰坦，即那些积累了尽可能多质量的类星体；另一方面，深入研究它们在x射线中的特性，这是以前从未尝试过的，对来自宇宙黎明的如此大量的物体进行研究，”罗马INAF的研究员卢卡·扎帕科斯塔说。我们中大奖了！我们得到的结果确实出乎意料，它们都指向黑洞的超级爱丁顿生长机制。”
这项研究为未来的x射线任务提供了重要的见解，例如雅典娜（ESA）， AXIS和山猫（NASA），计划在2030年至2040年之间发射。事实上，获得的结果将有助于改进下一代观测仪器，并为在更遥远的宇宙时代研究黑洞和活动星系核确定更好的策略。这些是理解原始宇宙中第一个星系结构形成的关键因素。
相关期刊文章：“HYPERION。揭示第一个发光类星体：紫外线盘风和x射线连续体之间的相关性”，di Tortosa A. et al. 2024，天文学与天体物理学。
