臺北市立天文科學教育館

在哈伯太空望遠鏡的幫助下，由斯德哥爾摩大學天文系的科學家領導的國際研究團隊，在早期宇宙中發現了比先前報告更多的黑洞，這項新成果可以幫助科學家了解超大質量黑洞是如何形成的。目前，我們對大霹靂後不久第一批黑洞的形成機制尚未有完整的理解。已知在大霹靂後不到十億年的時間內，有些星系的中心存在著質量超過十億個太陽質量的超大質量黑洞。研究人員表示這些天體中有許多似乎比我們最初認為在如此早期時應該有的質量還要巨大——若不是形成時的質量就非常大，那便是增長得極其迅速。

黑洞在所有星系的生命週期中扮演著重要角色，但我們對星系演化的理解仍存在重大不確定性。為了全面了解星系和黑洞演化之間的關係，研究人員利用哈伯望遠鏡調查了當宇宙年齡僅為現今的百分之幾時，微弱星系中有多少黑洞存在。哈伯在數年後重新拍攝了調查區域，這讓研究團隊得以量測星系亮度的變化，這些變化是黑洞存在的蛛絲馬跡，這使研究團隊識別出的黑洞數量比以往用其他方法發現的還要多。

圖說：這是哈伯極深空影像的新影像。哈伯於2004年首次對該區域進行深度成像，數年後，哈伯再次觀測了同一調查區域，並於2023年重新成像。透過比較哈伯在2009年、2012年和2023年拍攝的近紅外影像，天文學家發現早期星系中心的超大質量黑洞有閃爍的證據，影像中的明亮物體就是其中一個例子。有些超大質量黑洞並非持續吞噬周圍的物質，而是間歇性地進行，這使得它們的亮度閃爍。比較不同時期拍攝的哈伯極深空影像，就可以檢測到這種現象，這項調查發現了比預測更多的黑洞。圖片來源：NASA, ESA, Matthew Hayes (Stockholm University)。影像處理： Joseph DePasquale (STScI)

新的觀測結果顯示，有些黑洞很可能是在宇宙最初的十億年間，由大質量的原始恆星塌陷形成的。這些類型的恆星只能在宇宙早期存在，因為後期形成的恆星會受到已經死亡的恆星殘骸所污染。黑洞其他形成的可能性包括氣體雲塌縮、大型星團中的恆星合併，以及在宇宙大霹靂後最初幾秒鐘形成的「原始」黑洞（由物理推測機制形成）。有了這些關於黑洞形成的新資訊，就能建構出更精確的星系形成模型。

研究人員表示早期黑洞的形成機制是解開星系演化之謎的重要部分，有了黑洞成長的模型，星系演化的計算就可以建立在更具有物理動機的基礎上，來解釋黑洞是如何從坍塌的大質量恆星中產生的。天文學家也利用韋伯太空望遠鏡進行觀測，尋找大霹靂後不久形成的星系黑洞，以了解它們的質量和位置。相關研究成果發表於《The Astrophysical Journal Letters》期刊上。（編譯／趙瑞青）

資料來源：NASA