艺术家对Bañados和他的同事发现的明亮、非常早期的活动星系核的印象，这对宇宙历史最早的十亿年左右的黑洞生长具有根本意义。来源：uux.cn/NSF/AUI/NSF NRAO/B.Saxton

（神秘的地球uux.cn）据马克斯·普朗克学会：天文学家发现了超大质量黑洞如何在早期宇宙中快速增长的一个重要谜题：一种特殊的活动星系核，距离我们如此之远，以至于它的光需要129亿年才能到达我们这里。这种所谓的blazar可以作为一个统计标记：它的存在意味着存在大量但隐藏的类似物体，所有这些物体都应该发射出强大的粒子流。

这就是这一发现对宇宙演化变得重要的地方：有喷流的黑洞被认为能够比没有喷流的黑洞生长得更快。这项研究发表在《自然天文学》和《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中。

活动星系核（AGN）是星系中极其明亮的中心。驱动其巨大能量输出的引擎是超大质量黑洞。落在这种黑洞上的物质（吸积）是物理学上已知的释放大量能量的最有效机制。这种无与伦比的效率就是为什么AGN能够产生比数百、数千甚至更多星系中所有恒星加起来更多的光，并且在比我们太阳系更小的空间体积内。

至少有10%的AGN被认为会发射聚焦的高能粒子束，称为射流。这些喷流从黑洞附近以两个相反的方向射出，由物质“吸积盘”中的磁场维持和引导：吸积盘是由围绕黑洞旋转并落入黑洞的气体形成的。为了让我们将AGN视为blazar，需要发生一些非常不可能的事情：地球，我们的观测基地，必须位于AGN喷流直接指向我们的正确位置。

其结果是天文模拟，有人用非常明亮的手电筒直接照射你的眼睛：天空中特别明亮的物体。对于耀变体来说，我们还可以看到亮度在几天、几小时甚至更短的时间尺度上的快速变化——这是射流底部旋转吸积盘随机变化以及磁场和带电粒子之间射流相互作用不稳定的结果。

在早期宇宙中发现活动星系核

这一新发现是由马克斯·普朗克天文学研究所专门研究宇宙前十亿年历史的组长Eduardo Bañados和一个国际天文学家团队对早期宇宙中活动星系核进行系统搜索的结果。

由于光需要时间才能到达我们，我们看到的遥远物体就像数百万年甚至数十亿年前一样。对于更远的物体，由于宇宙膨胀，所谓的宇宙红移会将它们的光转移到比光发射波长长得多的波长。Bañados和他的团队利用了这一事实，系统地搜索了红移到目前为止的物体，这些物体甚至没有出现在通常的可见光中（在这种情况下是暗能量遗产调查），但在无线电调查中是明亮的来源（3 GHz VLASS调查）。

在符合这两个标准的20个候选者中，只有一个被指定为J0410-0139的候选者符合在无线电区域显示出显著亮度波动的额外标准，这增加了这是耀变体的可能性。

研究人员随后进行了更深入的研究，使用了一组异常大的望远镜，包括欧洲南方天文台新技术望远镜（NTT）的近红外观测、欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）的光谱、LBT的额外近红外光谱、凯克望远镜和麦哲伦望远镜之一、欧洲航天局XMM-Newton和美国国家航空航天局钱德拉太空望远镜的X射线图像、ALMA和NOEMA阵列的毫米波观测，以及美国国家射电天文台VLA望远镜的更详细的射电观测，以确认该天体是AGN，特别是blazar。

观测还得出了AGN的距离（通过红移），甚至发现了AGN嵌入的宿主星系的痕迹。来自活动星系核的光需要129亿年才能到达我们这里（z=6.9964），携带着129亿年前宇宙的信息。

“哪里有一个，哪里就有一百个”

根据Bañados的说法，“J0410-0139是一架blazar，一架偶然直接指向地球的喷气式飞机，这一事实具有直接的统计意义。作为一个现实生活中的类比，想象一下你读到有人在彩票中赢得了1亿美元。考虑到这样的中奖是多么罕见，你可以立即推断出，一定有更多的人参加了彩票，但没有赢得这么高的奖金。

“同样，发现一个AGN的喷流直接指向我们，意味着在那个时候，在宇宙历史的那个时期，一定有许多AGN的射流没有指向我们。”

长话短说，用MPIA博士后、本出版物合著者Silvia Belladitta的话来说，“有一个，就有一百个。”

来自最遥远的blazar的前一个记录保持者的光到达我们的时间要少大约1亿年（z=6.1）。考虑到我们回首120多亿年的事实，额外的1亿年可能看起来很短，但它们起着至关重要的作用。这是一个宇宙快速变化的时代。在这1亿年里，超大质量黑洞的质量可以增加一个数量级。

根据目前的模型，在这1亿年里，AGN的数量应该增加了5到10倍。发现128亿年前存在这样一个耀变体并不意外。发现129亿年前就有这样的耀变体，就像在这种情况下一样，是完全不同的事情。

自129亿年前以来，帮助黑洞生长

在那个特定的早期时间，存在一整群带有喷流的AGN，这对宇宙历史和星系中心超大质量黑洞的生长具有重大意义。AGN有喷流的黑洞可能比没有喷流的黑洞更快地获得质量。

与普遍看法相反，气体很难落入黑洞。气体的自然作用是绕黑洞运行，类似于行星绕太阳运行的方式，随着气体接近黑洞，速度会增加（“角动量守恒”）。为了落入，气体需要减速并失去能量。与粒子射流相关的磁场与旋转的气体盘相互作用，可以提供这种“制动机制”，帮助气体落入。

这意味着这一新发现的后果很可能成为未来早期宇宙中黑洞生长模型的基石：它们意味着129亿年前存在大量活动星系核，这些核有喷流，因此有相关的磁场可以帮助黑洞以相当快的速度生长。