每天 1 个太阳，胃口最大的黑洞

你能想象黑洞以每天一个太阳的速度进食有多恐怖吗？即使是我们的老朋友 —— 具有 65 亿倍太阳质量的 M87 中心黑洞，它吃掉一个太阳也要花费 10 年时间。一个十年，一个一天，究竟是什么样的饥饿巨兽能有如此饕餮之口？

都说“天上的星星数不清”，其实夜晚的天空（即使在理想情况下），能用肉眼识别的星星也就那几千颗。假如你有相机等设备加持，那这里完全是另一番景象。尤其是在巡天望远镜眼中，原本漆黑一片的太空，此时用“璀璨”一词来形容一点不为过。

起初人们认为除了金星、木星这些比较明亮的行星外，天上的星星几乎都是银河系内的恒星。后来 1924 年，埃德温・哈勃在一个星云中发现了一颗特殊的恒星（造父变星 V1），经过距离测算，这家伙和我们的距离已经远远超出了银河系尺度。后来人们意识到，那个星云根本就不是什么星云，而是距离我们最近的大星系 —— 仙女座星系。至此人们才体会到宇宙是多么的广阔，天上的亮点除了是银河系里的恒星外，也有可能来自其他星系。

上世纪 50 年代，随着射电天文学的发展，天文学家又发现了一些特殊的天体。这些天体原本在可见光波段就是一个暗淡的小点，有时候甚至啥都看不到，根据以往经验判断，它们应该就是一些遥远的恒星。然而意想不到的是，在红外线（尤其是无线电波段），这些原本不起眼的小点此时却表现得十分耀眼。

尤其是 1963 年，当人们发现 3C 273 这颗“恒星”竟然有着高达 0.158 的红移后就再也坐不住了：这到底是个什么玩意儿，竟然隔着 20 多亿光年还能如此耀眼？超新星爆发也没这个能力啊！于是人们暂时把这种类似恒星的天体称之为“类星体（Quasar）”。

类星体的亮度有多夸张？就拿这个 3C 273 来说，它的光度是太阳的 20 万亿倍，是整个银河系的 1000 倍！当时的人们哪知道宇宙里还有这等怪物，面对此情此景天文学家们纷纷表示：来活了！

很快，人们对类星体究竟是什么提出了各种猜测。经过一番比拼，最终基于超大质量的黑洞模型拔得头筹。因为通过哈勃望远镜拍摄的高清照片，人们发现这东西竟然有吸积盘，甚至还有喷流。

根据模型，天文学家计算出 3C 273 的黑洞质量在 2 亿~5 亿倍太阳质量之间，这个体量的黑洞只能是星系中心的超大质量黑洞。在黑洞的强大引力下，它周围的物质在黑洞外面形成了一个高速旋转的吸积盘。之前说过，吸积盘里的气体非常稠密，旋转中的吸积盘由于粘滞作用会向外释放出大量的能量。论能量转化效率，核聚变来了都得喊声“大佬”，这便是类星体高亮的原因。

通常来说，越亮的类星体意味着它里面的黑洞越大，吞噬物质的速度也就越快，这也是把它们归为“活动星系核（AGN）”的原因。截止目前，已确认的类星体大约有 100 万个，无论个头还是亮度，3C 273 在这里面连个弟弟都算不上。后来又发现很多更亮的类星体，有些质量甚至达到了数百亿倍太阳质量。

就在前不久（2024 年 2 月），一篇发表于《自然・天文学》的文章表示，天文学家确认了一颗迄今为止最亮的类星体（J0529-4351），亮度达到了太阳的 500 万亿倍！500 万亿倍是个什么概念？假如你的台灯是这个类星体，那么太阳的亮度相当于你站在 2 万公里外看这盏灯！想象一下这个类星体得有多亮！

这是一个红移在 3.962 的类星体。将近 4 的红移，意味着它发出的光需要经过 120 亿年才能到达地球。没错，我们看到的其实是它 120 亿年前的样子。考虑到宇宙膨胀，如今它距离我们已超过 200 亿光年。

当时的宇宙刚刚年满 18 亿岁，但此时的黑洞却已大得离谱，足足有 170 亿倍太阳质量！虽然论个头它还不是已发现的最大黑洞，但论亮度它称第二没人敢称第一。能发出最亮的光，说明它的吸积盘或许也是最大的。研究人员估算，该黑洞吸积盘的直径可能达到了 7 光年！如果太阳是这个黑洞的话，它的吸积盘甚至快要覆盖到了比邻星！

吃个饭用得着这么大的盘子吗，这个黑洞是有多饿？研究人员计算了下，该黑洞每年要吃掉 413 个太阳质量的物质，平均下来一天至少吃 1.13 个太阳，也就是每秒 4 个地球！根据光度计算，该类星体的吸积效率已经几乎到达了理论上的极限。因为如果再快的话，吸积盘的辐射压就会开始把物质吹散，从而阻止进食，这一理论上的极限也被称为“爱丁顿极限（Eddington limit）”。

你说这么特别的一个目标，咋就现在才被发现呢？

没错，就因为它过于特别了！

类星体数据通常来自于巡天项目，对大片天区进行的观测会产生海量的数据。这些数据仅凭人力很难筛选，现在都是通过机器学习来分析。但是了解机器学习的同学应该都知道，机器也不是一开始就认识类星体，你也要训练它，事先给它喂很多的样本数据。而样本数据的特征往往都是典型的，这就导致一旦机器遇到特殊类型的情况，它就很难识别出来。

早先这个类星体是被欧航局的盖亚任务发现的，但是由于其过于明亮，当时被机器识别成了一颗恒星。后来研究人员发现，这个“恒星”貌似不大对劲，有点太远了，它该不会是个类星体吧？可是类星体见得多了，但这么亮的类星体实属罕见。

还记得几年前，哈勃望远镜曾经发现过一颗具有离谱亮度的类星体，光度相当于 600 万亿个太阳！但是后来发现，它之所以这么亮其实是被引力透镜效应给放大了，经过重新计算，它的实际光度其实只相当于 11 万亿个太阳。

最后，经过欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）的再次确认，这个类星体遭遇引力透镜的可能性被排除。最终该天体被正式归为了类星体，并赋予了其“最亮类星体”的称号。

然而“你有你的想法，宇宙另有想法”，就像超大质量黑洞的存在一样，超出理论预期的事并不罕见，更亮的类星体就一定不可能存在吗？而这也正是人类不断探寻宇宙的原因。人类的认知永远是具有局限性的，所有的科学理论说到底都只是当前阶段的最优解，而非最终解。发现现象，总结经验，完善理论，这就是科学一直在做的事！

参考资料：

• [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Active_galactic_nucleus

• [2] https://www.eso.org/public/news/eso2402/

• [3] https://www.nature.com/articles/s41550-024-02195-x

• [4] https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2402/eso2402a.pdf

• [5] https://en.wikipedia.org/wiki/J043947.08%2B163415.7

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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