天文学家发现迄今距离我们最遥远的蝎虎BL型类星体
天文学家发现了迄今距离我们最遥远的一颗“蝎虎BL型类星体（blazar）”，位于红移约 7.0 的宇宙时期，相当于宇宙年龄不到 8 亿年。“蝎虎BL型类星体”是一类活跃星系核，其特征是中心的超大质量黑洞驱动高速相对论性喷流，且喷流方向几乎直接对准地球。
此次发现的天体 VLASS J041009.05−013919.88（J0410−0139）是目前已知最远的蝎虎BL型类星体，为观测宇宙年龄不到 8 亿年时的再游离（reionization）[*注]时期提供了一个难得的窗口。这项发现也对现有的宇宙早期黑洞与星系形成模型构成了挑战。
艺术家笔下，天文学家发现宇宙中最早、最遥远的蝎虎BL型类星体。Credit: U.S. National ScienceFoundation/NSF National Radio Astronomy Observatory， B.Saxton
J0410−0139 的核心包含一颗质量约为太阳 7 亿倍的超大质量黑洞。其电波辐射的变化、致密结构与 X 射线特征证实，它是一颗喷流几乎直接对准地球的蝎虎BL型类星体。这类天体在类星体中属于稀有类型，仅占所有类星体的一小部分。J0410−0139 的发现暗示，在早期宇宙中可能存在更多类似的喷流源。这些喷流可能促进黑洞快速增长，并显著影响其宿主星系的演化。
天文学家观测了 J0410−0139 的光谱，显示其中心黑洞正稳定地进行吸积与辐射。这一发现引发了关于超大质量黑洞如何在宇宙早期迅速增长的疑问。现有模型显示，在宇宙早期黑洞如此迅速的增长过程中，可能会超过爱丁顿极限。爱丁顿极限描述了黑洞的最大亮度与吸积物质的最高速率，当引力与辐射压力达到平衡时，辐射压会阻止物质进一步落入黑洞。因此，现有模型可能需要纳入喷流增强的吸积过程或超越爱丁顿极限的机制，以解释如此高红移下的黑洞族群。
总之，这颗蝎虎BL型类星体为我们提供了一个独特的实验室。由于其喷流与我们视线方向对齐，使天文学家能够直接窥探其核心黑洞，并研究喷流、黑洞与其环境之间的相互作用。此外，J0410−0139 在如此早期宇宙中的存在表明，未来的电波巡天可能还会发现更多同时期的喷流类星体。而这些黑洞在宇宙再游离时期扮演的角色，将是未来天文学研究的重点。
此研究透过美国国家天文台的特大天线阵（VLA）、特长基线数组（VLBA）、钱卓拉 X 射线天文台（Chandra），以及阿塔卡马大型毫米波/次毫米波数组（ALMA）等设备进行观测，成果发表于《NatureAstronomy》（Bañados et al. 2024）。（编译 / 段皓元）
[*注] 宇宙的再游离时期：
在大霹雳（Big Bang）后约 38万年，随着宇宙膨胀，温度降低至足以让库伦力束缚质子与电子，形成中性氢原子。在这段时期，恒星和星系尚未诞生，整个宇宙只充满中性氢原子，被称为宇宙的“黑暗时代”（Dark Ages）。然而，现今的宇宙却处于游离态，这与第一代恒星或星系的形成以及早期的超大质量黑洞有关。从黑暗时代到第一代恒星、星系或黑洞的形成，高能量的游离辐射（如紫外线）使宇宙中的中性氢再次游离（将质子和电子分开），光线才能穿透宇宙。这个过程被称为宇宙的再游离。天文学家花了数十年试图找出能够发出足够强大辐射的来源，以逐渐清除覆盖早期宇宙的中性氢“雾”。
