早期宇宙中黑洞隐蔽的证据

来自美国宇航局钱德拉X射线天文台的数据揭示了可能是最遥远的黑洞，它可能在大爆炸发生后仅8.5亿年存在，比以前的记录保持者早了约五亿年。Panstarrs光学调查显示，主图像中的小中心区域标有红叉，其中包含类星体PSO167-13，该类星体是PanSTARRS首次发现的。左插图包含从该区域用钱德拉（Chandra）检测到的X射线，中间是PSO167-13。右图显示的视场与智利的阿塔卡马大型毫米波天线阵列（ALMA）所看到的视场相同。明亮的来源是类星体，左下方有一个昏暗的附近伴星系。图像：X射线：NASA / CXO /智利智利天主教大学/女。维托;收音机：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO）；光学的：泛星

包括宾州州立大学科学家在内的一组天文学家宣布，有可能使用美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台发现了一个大被遮盖的黑洞，该黑洞仅在大爆炸之后8.5亿年存在。这是这么早就掩盖了黑洞的第一个证据。

通常，超大质量黑洞是通过从周围物质的圆盘中拉入物质来生长的。为了最快速地生长，此过程会在黑洞周围的很小区域中产生大量的辐射，并产生极其明亮，紧凑的光源，称为类星体。

理论计算表明，黑洞的大多数早期生长发生在黑洞和磁盘被密集的气体云团包围的时候，该气体云将物质馈送到磁盘中。随着黑洞的增长，云中的气体将耗尽，直到黑洞及其亮盘被发现为止。

“在这个隐蔽的阶段找到类星体是非常困难的，因为它们的辐射被很多吸收了，而目前的仪器无法检测到，”负责这项研究的智利天主教大学CAS-CONICYT研究员法比奥·维托说。他最初是宾夕法尼亚州立大学的博士后研究员。“由于钱德拉（Chandra）以及X射线能够穿透朦胧的云层，我们认为我们终于成功了。”

这项发现是由对称为PSO 167-13的类星体的观测产生的，该类星体是由夏威夷光学望远镜Pan-STARRS首次发现的。来自这些调查和其他调查的光学观测结果已发现，当宇宙小于十亿年或占其现存年龄的8％时，已有约200个类星体已经发出明亮的光芒。这些调查仅被认为有效地发现了未被遮挡的黑洞，因为它们所检测到的辐射被周围气体和尘埃的薄云所抑制。因此，预期PSO 167-13不会被遮盖。

Vito的团队通过Chandra对PSO 167-13以及其他9个通过光学勘测发现的类星体的观测结果，验证了这一想法。观察16小时后，仅从PSO 167-13中检测到三个X射线光子，所有这些X射线光子都具有相对较高的能量。低能X射线比高能X射线更容易被吸收，因此对钱德拉观测的可能解释是类星体被气体高度遮盖，只能检测到高能X射线。

合著者尼尔·布兰特（Niel Brandt），凡尔纳·M·威拉曼（Verne M. Willaman）天文学与天体物理学教授以及宾夕法尼亚州立大学物理学教授说：“这真是一个令人惊讶的发现。”“就像我们期待飞蛾一样，却看到了茧。我们观察到的其他九个类星体都没有被掩盖，这是我们所期望的。”

研究人员说，PSO 167-13的一个有趣的转折是，容纳类星体的星系有一个近邻的伴星系，这些星系在以前通过智利的阿塔卡马大毫米波阵列（ALMA）和美国宇航局的哈勃太空望远镜获得的数据中可见。由于它们的紧密分离和X射线源的模糊性，该团队无法确定新发现的X射线发射是与quasarPSO 167-13还是与伴星系有关。

如果X射线来自已知的类星体，那么天文学家需要解释为什么类星体在X射线中显得很模糊，而在光学光中却不那么明显。一种可能性是，在进行光学和X射线观察之间的3年中，类星体的遮盖度有很大且迅速的增加。

另一方面，如果相反，X射线来自同伴星系，则表示在PSO 167-13附近检测到了新的类星体。这对类星体将是迄今为止最遥远的，打破了自“大爆炸”以来12亿年的记录。在这两种情况中的任何一种情况下，钱德拉检测到的类星体都是迄今为止所见最隐蔽的一种。在大爆炸发生13亿年后，就可以看到以前的记录保持者。作者计划通过后续观察对源进行更精细的表征。

“通过更长的Chandra观测，我们将能够更好地估计这个黑洞的模糊程度，”来自智利天主教大学和宾州州立大学前博士后研究员的合著者Franz Bauer说。并用已知的类星体或伴星系对X射线源进行可靠的识别。

作者还计划寻找更多高度遮盖黑洞的例子。

“我们怀疑早期宇宙中的大多数超大质量黑洞都被掩盖了：因此，至关重要的是对它们进行检测和研究，以了解它们如何能够如此迅速地生长到十亿个太阳。”

描述这些结果的论文在线发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

美国国家航空航天局（NASA）的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）管理钱德拉（Chandra）计划。史密森尼天文观测台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥市的科学和飞行业务。本研究中使用的数据是使用Chandra上的高级CCD成像光谱仪收集的，Chandra是由Penn State Evan Pugh天文学和天体物理学名誉教授Gordon Garmire领导的团队构思和设计的仪器。

除维托，勃兰特和鲍尔外，研究团队还包括宾州州立大学前博士后研究员Ohad Shemmer，克里斯蒂安·维格纳利（Cristian Vignali）和本·罗（Bin Luo），他们也都在宾州州立大学获得了博士学位。