你可能也有过这样的经历——在大吃大喝一顿后，在沙发上打瞌睡。现在，科学家们在早期宇宙中发现的一个黑洞上观察到了类似的现象。利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），一个科学家团队发现了一个在消耗过多物质后处于休眠状态的黑洞。这个“瞌睡”的黑洞在12月18日发表于《自然》杂志的一项研究中被描述。
吃，睡，重复
这个黑洞位于早期宇宙，存在于大爆炸后仅8亿年。它也非常巨大。它的质量是太阳的4亿倍，是JWST在宇宙发展到这个阶段所观测到的最大的黑洞之一。它如此之大，以至于占据了其宿主星系总质量的约40%。相比之下，本地星系中的大多数黑洞仅占其宿主星系质量的0.1%左右。
尽管如此巨大，这个黑洞目前吸积（即吞噬）气体的速率非常低。据该团队称，它目前的吸积速率仅为其理论最大值的100倍以下。它基本上处于休眠状态。一个如此巨大的黑洞，位于宇宙早期，却不增长和吞噬物质，这挑战了关于这些宇宙现象如何发展的现有模型。
通常，黑洞是通过旋转吸积盘的明显光芒被探测到的。这个盘面形成在黑洞边缘附近，吸积盘中的气体变得非常热。当它足够热时，它就会发光，并在紫外线范围内辐射能量。
该团队认为，最可能的情况是，黑洞经历短暂的超快速生长爆发，然后是漫长的休眠期。当黑洞“打盹”时，就像这个一样，它们的亮度要低得多。这种光线的缺乏使得它们更难被发现，即使使用像JWST这样高度灵敏的太空望远镜。然而，这个黑洞足够大。
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“尽管这个黑洞处于休眠状态，但它的巨大尺寸使我们能够探测到它，”研究联合作者、剑桥大学天体物理学家Ignas Juodžbalis在一份声明中表示。“它的休眠状态也让我们了解了宿主星系的质量。早期宇宙能够产生一些绝对的巨无霸，即使是在相对微小的星系中。”
存在一个限制……
根据我们目前的天文模型，黑洞是由死恒星的坍缩残骸形成的。然后它们吸积物质，直到达到一个预期的极限，天文学家称之为爱丁顿极限。在这一点上，辐射和物质的压力会克服黑洞的引力。
在这种情况下，这个休眠黑洞的巨大尺寸表明，我们标准模型可能无法完全解释如此巨大的黑洞是如何形成和增长的。
“有可能黑洞是‘生来就很大’，这可以解释为什么韦伯望远镜在早期宇宙中发现了巨大的黑洞，”研究联合作者、剑桥天体物理学家Roberto Maiolino在一份声明中表示。“但另一种可能性是它们经历了一段过度活跃期，然后是漫长的休眠期。”
……或者不呢？
为了更深入地了解，这个新研究的团队进行了一系列计算机模拟，以模型化这个休眠黑洞是如何在宇宙早期就长到如此巨大的。他们的结果显示，最可能的情况是，黑洞实际上可以在短时间内超过爱丁顿极限。当它们达到这个阈值时，它们会迅速增长，然后经历一个漫长的不活跃期。该团队认为，像这样的黑洞很可能吞食食物大约五到一千万年，然后休息大约一亿年。
“用一段段过度活跃期来解释一个休眠的黑洞听起来似乎违反直觉，但这些短暂的爆发允许它快速增长，同时大部分时间都在打盹，”Maiolino说。
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由于这些休眠期比它们的巨型生长时期长得多，天文学家更有可能在黑洞“睡觉”时探测到它们。然而，由于它们发出的光线很少，探测休眠黑洞仍然是一个挑战。该团队表示，如果早期宇宙中的黑洞大部分时间都处于这种休眠状态，那么这个例子很可能是一个更大趋势的一部分。
“很可能绝大多数黑洞都处于这种休眠状态，”Maiolino说。“我很高兴我们找到了这个，但我很兴奋地想到，还有更多我们可以找到。”
