史上最古老黑洞可以揭开宇宙诞生的奥秘

故事 06-27 来源：天文在线

科学探索从未停歇。就在你觉着科学家们会发现最古老的化石、动物或行星的时候，一支研究小组宣称他们发现了比这些事物都更古老的黑洞。时至今日，这个最古老黑洞的发现仍令人印象深刻：它于大爆炸之后的几百万年内形成，而不是几十亿年。因此，根据这个最古老的黑洞，我们可以了解早期宇宙形成时的情况。

迷雾重重

大约138亿年前，我们的宇宙以一个奇点的形式存在。奇点是一个重力和密度都无穷大的点。在这个点，所有的物理规律都会失效（在奇点之前发生的事情还有待讨论）。然后，在万亿分之一秒内，一切发生了天翻地覆的变化：奇点发生了爆炸，并以比光速快得多的速度膨胀了无数倍，这就是我们所知的大爆炸。

早期宇宙和当今的宇宙大不相同。它更像是一锅高密度的等离子汤，充斥着各种亚原子粒子，包括从自由电子中散射出来的光子。起初，宇宙里的温度很高，以至于原子无法聚集成形，但最终温度还是冷却了下来，足以形成被电离或失去一个电子的氢原子（最终会变成氦原子）。这些氢原子可以吸收电子变成电中性，从而可以使光在宇宙中第一次自由传播（这也创造了我们所知的宇宙微波背景）。但这种自由传播是短暂的，因为中性原子最终会形成吸收光线的“宇宙迷雾”，这标志着科学家们所说的早起宇宙黑暗时期的开始。

即使最早的恒星已经开始形成，这种迷雾仍然会掩盖他们的光芒，让宇宙一直处于黑暗之中。最终，在大爆炸后大约4亿年，宇宙中有了足够多的年轻恒星和类星体——从黑洞中喷射出来的明亮光线——来产生足够的紫外线，在一次被称为“再电离”的事件中，再次剥离这些原子的电子。“再电离”过程会逐渐驱散迷雾，使宇宙重新回到黑暗时期以前的充满光亮的时代。但与之前的时期有所不同的是，这次的光不仅仅是大爆炸留下的残余物，它还由新一代的恒星持续不断地产生。在大爆炸10亿年后的再电离阶段末期，宇宙中的迷雾完全消失，宇宙也从不透明变成了透明状态。宇宙，让光明再一次出现！

宇宙图景中的漏洞

上述是天文学家认为的在早期宇宙中发生的事情的要点。但是这种想法仍有很多漏洞。因为我们不知道第一批恒星是什么时候形成的，以及究竟是哪些光源导致了再电离的发生，以及为什么会导致再电离。

幸亏我们有物理定律，它可以使我们追溯过去。你所看到的天空中的物体并不是它们现在的样子，而是当光开始向你传播时它们所处的状态。太阳光需要8分钟才能从光源抵达人眼，所以我们看到的太阳实际上是8分钟前的太阳。比邻星是离我们最近的恒星，距离我们大约4光年，所以我们看到的比邻星是它四年前的景象。我们的宇宙的年龄大约130多亿岁，所以如果我们能奇迹般地看到130亿年以外的东西，我们就能看到宇宙本身的起源。

这就是为什么这个古老黑洞的发现具有如此的开创性。根据它的距离，我们知道它在大爆炸后6.9亿年形成，正好就在再电离时期的中期。事实上，这个黑洞和它的类星体周围的气体都是半中性、半电离的，正如我们对那个时期的推断一样。然而，这个黑洞要比我们想象的大得多，它的质量是太阳的7.8亿倍。但按理来说它应该没有足够的时间生长到如此巨大，所以科学家们也在为这个现象的成因而困惑。一个可能的理论是，正是因为早期宇宙中的云坍缩才产生了如此巨大的黑洞。