宇宙黎明中的闪烁类星体，加深早期黑洞之谜

宇宙黎明中的闪变信号

在宇宙中，大约10%的星系拥有一个明亮发光的中心，称为活动星系核。天文学家认为，当星系中心的超大质量黑洞周围形成一个气体盘，并且气体开始被黑洞吸入时，活动星系核便会形成。在如此极端的引力环境下，盘中的摩擦会把气体加热到极高温度，使其释放出强烈辐射。

类星体是活动星系核的一种。在近邻宇宙中，类星体会随着时间推移出现亮度变化，这一点早已为人所知。这种亮度变化为研究物质如何吸积到超大质量黑洞上提供了一个有力工具，也可以用来直接测量超大质量黑洞的质量。然而，要探测早期宇宙中类星体的亮度变化，仍然十分困难。

在一项新发表于《自然·天文》的研究中，一个天文学家团队探测到了一颗来自极早期宇宙的闪变类星体。这颗类星体所发出的光可以追溯到大爆炸后仅约8.5亿年的“宇宙黎明”时期。研究人员探测到了多波段红外和X射线亮度变化。这一发现代表了迄今探测到的最早的闪变类星体。

超越针尖般的光点

超大质量黑洞的质量可以达到太阳的数十亿倍。这些引力巨兽是大多数星系的中央“引擎”，有助于调控星系中的恒星形成和星系成长。

长期以来，天文学家都认为第一批星系需要超过10亿年的时间才能逐渐稳定并走向成熟，因此在极早期宇宙中探测到超大质量黑洞并不符合他们的预期。然而，自2000年以来，天文学家已经在宇宙诞生后的第一个10亿年内发现了200多个超大质量黑洞。这些天体之所以能够被探测到，是因为它们正处于极其活跃的类星体阶段，会释放出猛烈的辐射爆发，使得远在约130亿光年之外的地球也能看到它们。

这些最早期的类星体在观测中呈现出针尖般的光点，暗示着在早期宇宙中就已经存在超大质量黑洞。但仅凭这些明亮而遥远的微小光点，天文学家很难进一步了解这些黑洞以及它们所处的宇宙黎明环境。要做到这一点，他们需要捕捉类星体的“闪变”。

被宇宙拉长的光与时间

天文学家早已知道，近邻宇宙中的类星体会发生闪变。这种闪变源自于气体被输送进黑洞过程中的波动。通过捕捉类星体的闪变，天文学家能获悉一些关于黑洞吸积盘结构的信息，也能透露黑洞正在“吞食”怎样的物质。

若要探测到一颗来自早期宇宙的闪变类星体，从而进一步了解最早期超大质量黑洞的形状和结构，在技术上面临巨大挑战。这是因为，一个天体在时间和空间上距离我们越遥远，它发出的光看起来就越容易畸变。这种效应源于宇宙膨胀，宇宙膨胀会把光拉伸，使其向更红、波长更长的方向发生“红移”。同样的拉伸也会发生在时间尺度上，例如原本在数周内自然发生的闪变，如果从数十亿光年之外观测，就会被拉长，看起来像是每隔几个月才闪变一次。

要发现来自宇宙黎明时期的闪变类星体，就需要在更红的波段，尤其是红外波段，对遥远宇宙进行持续多年的长期观测。

意外平坦的吸积盘

在新的研究中，研究团队在NEOWISE任务收集的数据中发现了这种闪变信号。NEOWISE是一台天基红外望远镜，在约14年的时间里对整个天空进行了扫描。通过分析NEOWISE的数据，研究人员挖掘出了一个来自大爆炸后仅8.5亿年的信号，并确认它是迄今发现的最早闪变类星体。

观测数据显示，这颗类星体在14年间随机闪变，很像蜡烛火焰那种没有固定模式的跳动。据估计，这颗类星体的亮度相当于12万亿个太阳，其闪变幅度约为20%。也就是说，它的亮度上下波动的幅度大约相当于2万亿个太阳的亮度。

与此同时，研究人员还追踪了这颗类星体在多个不同波长上的闪变情况。光的波长可以反映发光物质的温度——物质越靠近黑洞，温度就越高。因此，研究人员可以利用不同波长的光，绘制出黑洞周围吸积盘内物质的形状和结构。

通过分析这颗类星体的闪变，研究人员得出了一个令人意外的结果：这颗古老类星体周围由气体和尘埃构成的吸积盘，平坦得像一张扁平的薄饼——这样的结构通常见于近邻宇宙中较古老的黑洞系统，因为这些系统经历了更长时间的演化，吸积盘结构也更趋稳定。

扑朔迷离的问题

这项研究首次提供了直接证据，表明天文学家在近邻宇宙中观测到的相同吸积过程和结构，早在宇宙非常早期就已经存在了，尽管当时的宇宙环境截然不同。

物理学家原本认为，平坦的吸积盘通常意味着黑洞周围的吸积系统已经较为稳定。相比之下，极早期宇宙中那些刚开始形成的黑洞系统，理应更加动荡，吸积盘也应显得更加膨胀、混乱。而这个极早期类星体周围的平坦吸积盘，让问题变得更加扑朔迷离：超大质量黑洞究竟如何能在极短的宇宙时间内迅速成长并走向稳定？

为了更好地解答这一问题，研究团队希望进一步回望更早的宇宙时间，捕捉类星体在形成初期、尚未稳定下来的状态。这样，天文学家或许就能逐步还原出第一批超大质量黑洞诞生和快速成长所需的环境条件。

#参考来源：

https://news.mit.edu/2026/mit-astronomers-discover-earliest-known-flickering-quasar-0608

https://www.nature.com/articles/s41550-026-02897-4

#图片来源：

封面图&首图：NASA/JPL-Caltech