臺北市立天文科學教育館

天文學家首度在遙遠的單一星系中，發現三個正在活躍吸積物質的超大質量黑洞。這個名為J0148-4214的星系距離地球超過125億光年，相當於宇宙大霹靂後約12億年。研究團隊利用韋伯太空望遠鏡發現，其中兩個黑洞聚集在星系中心附近，第三個則位於較外圍區域。這項發現顯示，早期宇宙中的星系合併與交互作用，可能有助於讓黑洞彼此靠近並合併，成為超大質量黑洞快速成長的重要途徑。

研究人員透過黑洞周圍高速運動氣體所產生的氫發射光譜，找出這三個黑洞。星系中央的光譜呈現複雜結構，顯示當地可能存在兩個彼此非常接近的黑洞。雖然它們近到無法直接解析成兩個獨立光點，研究團隊仍利用光譜分析不同發射譜線在空間上的細微位置偏移，確認兩個黑洞的位置。兩者在天空投影方向上僅相距約620光年，而第三個黑洞則位於距星系中心約5,500光年的外圍區域。

圖說：J0148-4214星系想像圖，呈現三個正在活躍吸積物質的黑洞，其中兩個位於星系中央附近，另一個則位於較外圍區域。圖中的黑洞大小與距離並非依實際比例繪製。圖片來源：MPE（AI生成）

分析顯示，三個黑洞的質量分別約為太陽的8,000萬倍、60萬倍及200萬倍。其中質量最大的黑洞目前吸積物質的速率反而較低，鄰近的60萬倍太陽質量黑洞則正快速吞噬物質，吸積率甚至超過理論上的「愛丁頓極限」，顯示這顆黑洞正處於快速成長階段，可能在短時間內快速增加質量。研究團隊估算出這個星系的恆星總質量約為太陽的13億倍，以星系而言恆星質量並不高；相較之下，其中最大的黑洞就有約8,000萬個太陽質量，黑洞相對於宿主星系的質量比例格外高，形成「星系不大、黑洞卻相對很重」的特殊情況。位於中央的兩個黑洞預計將在未來數億年內合併，顯示黑洞彼此合併可能是早期宇宙中超大質量黑洞迅速成長的另一條途徑。

至於遠離星系中心的第三個黑洞，可能是過去黑洞合併後受到引力作用而被踢離中心，也可能正逐漸向星系中心移動。研究結果不僅為超大質量黑洞與宿主星系如何共同演化提供新線索，也支持合併與交互作用在早期宇宙中扮演重要角色；J0148-4214更可能是未來黑洞合併事件的前身，而這類事件有望由下一代引力波觀測設施偵測到。（編譯 / 段皓元）

資料來源：MPE