在詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）对早期宇宙进行观测的四年里，它不断地交出了一个又一个科学里程碑。然而，这架价值100亿美元的望远镜也给天文学家们留下了一个巨大的问题——字面意义上的巨大。JWST一直在动态观察早期宇宙中的超大质量黑洞，质量数亿倍于太阳的这些黑洞，竟然在宇宙仅有10亿年岁月之内就无法成长到如此庞大的规模。这些宇宙巨人相比其小型宿主星系的质量过于庞大，这挑战了天文学家们对超大质量黑洞与其宿主星系之间关系的认知，后者通常在现代宇宙中被观察到。现在，新的研究表明，这其实并不是一个如此重大的问题。该研究团队认为这完全是一个视角问题，早期的超大质量黑洞并不像科学家们所估计的那么庞大。“我们估计质量大约在一百万到一千万个太阳质量之间，而之前推测的则是数千万或数亿个太阳质量，”意大利国家天体物理研究所（INAF）罗马天文台的团队负责人亚历桑德罗·特林卡（Alessandro Trinca）告诉Space.com。“这些仍然是巨大的物体，和银河系中心的四百万太阳质量黑洞相当，或者略大一些，但它们处于超大质量黑洞群体的下限，而不是极端例子的行列。重要的是，这些质量与宿主的小型星系更为一致。”这个难题的答案可能在于缺失的X射线 在考虑早期宇宙中“过度庞大”的黑洞之谜时，特林卡和同事们注意到与这些物体相关的另一个难题。为了达到如此规模，这些黑洞必须大口吞食周围的气体和尘埃。这样的喂食黑洞以及围绕它们的宇宙气体和尘埃通常是极其明亮的X射线发射源。但JWST观察到的早期宇宙中的超大质量黑洞似乎并非如此。该团队研究了14个没有X射线发射的超大质量黑洞，发现有另一种考虑这种缺乏发射的方式。“几乎没有一个黑洞在X射线中被探测到，即使是在美国宇航局的钱德拉X射线天文台进行的深度观测中，”特林卡说。“我们将这一缺乏X射线的现象解读为一个线索，而不是一个问题。通过将其纳入我们的分析中，我们发现这些物体的质量可能远低于之前的估计。这使得它们的估计质量与其宿主星系的特性更加一致。”这使特林卡和团队得出另一个结论：这些早期超大质量黑洞可能并没有先前理论所推测的那样庞大，但它们的吞食速度却可能比想象的还要快。一个喂食超大质量黑洞周围区域的插图。(图像来源: Robert Lea（使用Canva创建）) 如果喂食的超大质量黑洞发出大量X射线，那么贪婪进食的黑洞会显得X射线“安静”，这似乎是有些反直觉的。特林卡解释说，这一明显的矛盾与黑洞以极高的速度吸积物质时所发生的情况有关。围绕黑洞的气体圆盘变得几何厚，形成一个环状结构，沿着旋转轴有一个狭窄的漏斗。正常会产生强X射线的热内部区域被这个厚圆盘所包围。“当X射线逃逸时，它们会被周围的气体多次散射，失去能量才得以释放。因此，黑洞在X射线中的亮度远低于我们通常的预期，”特林卡继续说。“因此，缺乏X射线在这个情景中并不意外；它实际上是模型的一个预测。“此外，这种极高的喂食可能有助于解释这些黑洞在宇宙仅有几亿年时就已经成长到数百万个太阳质量的原因。” 超越爱丁顿极限 超大质量黑洞在早期宇宙中如此令人担忧的原因之一是它们通过消耗物质和与其他黑洞合并而成长。然而，存在一个限制，决定了一个黑洞或任何天体能以多快的速度收集或“吸积”物质。这个被称为“爱丁顿极限”的限制存在，因为一个天体吸积的物质越多，它发出的辐射就越强。因此，当围绕喂食黑洞的圆盘聚集了足够的质量以供快速增长的黑洞时，它应当发出如此强大的辐射，以至于将更多物质推开，防止其重新补给。最终，这将切断黑洞的食物供应，限制其增长。然而，这项研究表明，超大质量黑洞可以进入短暂的“超爱丁顿”喂食阶段。