一組天文學家發現了強有力的證據，證明超大質量黑洞周圍的物質在整個宇宙歷史中並不相同。結果表明，這種物質的結構和行為可能在數十億年的時間裡發生了變化。
它由雅典國家天文台的研究人員領導。這項研究發表於 英國皇家天文學會每月通知– 如果得到證實該結果挑戰了近 50 年來指導研究的基本天文學概念。
是什麼讓類星體如此明亮？
類星體於 20 世紀 60 年代首次被發現，屬於已知最明亮的天體之一。它們之所以如此強烈地發光，是因為它們由超大質量黑洞提供動力，當物質在其巨大的引力作用下向內盤旋時，黑洞會吸引它們周圍的物質。它在落入黑洞之前形成一個旋轉的盤狀結構。
該圓盤內的摩擦將物質加熱到極高的溫度。因此，它發出的光比包含約 1000 億顆恆星的整個星系多 100 到 1,000 倍。這種壓倒性的亮度使得類星體比它們的宿主星系更加明亮。並用望遠鏡在遙遠的宇宙距離上觀測到它。
從紫外線到強大的 X 射線
黑洞周圍的發光盤會產生大量的紫外線。科學家認為，這種光在產生類星體發出的更高能的 X 射線方面發揮著關鍵作用。當紫外線向外傳播時，它們會穿透非常靠近黑洞的高能粒子云。這就是被稱為“日冕”的區域。
當紫外線與這些粒子相互作用時，光被激發並轉化為強烈的 X 射線。這些X射線可以被太空天文台探測到。
宇宙關係長期受到質疑
這是因為兩種類型的光都起源於同一個黑洞附近。天文學家早就知道類星體發出的紫外線和 X 射線密切相關。一般來說，更亮的紫外線與更強的 X 射線輸出密切相關。這種關係在近五年前就被發現，它為了解超大質量黑洞附近的物理條件提供了重要線索。
一項新的研究挑戰了這種聯繫具有普遍性的假設。該假說表明，黑洞周圍的物質結構在宇宙中任何地方、任何時候都基本相同。
研究人員發現，當宇宙年輕時（大約是當前年齡的一半），紫外線和X射線輻射之間的關係看起來與天文學家今天在附近類星體中看到的明顯不同。這表明吸積盤和日冕在過去大約 65 億年中相互作用的方式發生了變化。
該研究的作者之一安東尼斯·喬加基斯博士說：“X射線和紫外線輻射與宇宙時間之間存在非普遍關係的確認是相當令人驚訝的，並且挑戰了我們對超大質量黑洞如何生長和輻射的理解。”
“我們使用不同的方法測試了結果。但它似乎會一直存在。”
研究人員如何做出發現？
該團隊將 eROSITA X 射線望遠鏡的新 X 射線觀測結果與 X 射線天文台的存檔數據結合起來。歐洲航天局的 XMM-Newton 這些數據集使科學家能夠分析超大類星體樣本的 X 射線和紫外線發射。
事實證明，eROSITA 提供的廣闊且一致的天空覆蓋尤為重要。這使得該團隊能夠以前所未有的規模監測類星體群。
為什麼這個發現對宇宙學很重要？
類星體中的紫外線輻射和X射線之間的關係具有普遍性的想法是基於一些使用類星體作為（標準蠟燭）來繪製宇宙形狀並研究暗物質和暗能量的方法。新的研究表明科學家需要保持謹慎。這是因為假設黑洞的環境在整個宇宙時間內保持不變可能不會持續存在。
“主要的進步在於方法論，”雅典國家天文台的博士後研究員瑪麗亞·希拉（Maria Schira）說。誰是這項研究的領導者說
eROSITA 調查範圍廣泛但相對較淺。許多類星體只需少量 X 射線光子即可探測到。將這些數據與強大的貝葉斯統計框架相結合，我們可以發現原本可能隱藏的微妙趨勢。
接下來會發生什麼？
eROSITA 即將進行的全天掃描將使天文學家能夠觀測到更微弱、更遙遠的類星體。通過將這些未來的觀測結果與下一代 X 射線和多波長調查相結合，研究人員希望找出觀測到的變化是否反映了真實的物理演化，或者是否受到數據收集方式的影響。
這些努力有望更深入地了解超大質量黑洞如何為宇宙中最亮的物體提供動力。以及它們的行為如何隨著宇宙的進程而變化。
