IT之家 12 月 21 日消息，雅典国家天文台主导的国际科研团队一项最新观测结果表明，围绕超大质量黑洞的物质在宇宙历史中并非保持不变。这项 12 月 11 日发表于《皇家天文学会月报》的研究结果可能推翻一个近 50 年来黑洞物理研究中的核心假设。
图源：Pexels类星体自 20 世纪 60 年代被确认以来，一直被认为是宇宙中最明亮的天体之一。其能量来源于星系中心的超大质量黑洞：当黑洞附近物质向内坠落时，会形成一个快速旋转的吸积盘，最终为黑洞提供“养料”。
吸积盘中的粒子在绕黑洞旋转时相互碰撞和摩擦，加热到极高的温度。这一过程释放出惊人的能量，产生的光比一个由约 1000 亿颗恒星组成的整个星系还要亮 100 到 1000 倍。由此产生的紫外辐射如此强大，以至于望远镜能够在极远的距离上探测到类星体，甚至接近可观测宇宙的最远端。
从紫外到 X 射线：一个长期存在的关联
吸积盘的紫外光也被认为是类星体产生能量高得多的 X 射线光的“燃料”：紫外光线在传播过程中，会与非常靠近黑洞的高能粒子云（通常被称为“冕”）相互作用。当紫外光从这些高能粒子上散射开来时，其能量得到提升，从而产生人类现有探测器也能捕捉到的强烈 X 射线光。由于它们同源，人类一直认为类星体的 X 射线和紫外辐射紧密相关 —— 通常紫外线越亮，X 射线强度就越强。
这一相关性在近 50 年前被发现，并被认为反映了黑洞附近物质几何结构和物理条件的共性。然而，新研究表明，这种紫外 —X 射线关系并非恒定不变。
图源：Pexels研究团队发现，在宇宙年龄约为当前一半、即约 65 亿年前的时期，类星体的紫外与 X 射线辐射之间的关系，与近邻宇宙中观测到的情况存在显著差异。
这一发现表明，在宇宙过去 65 亿年的历史中，连接超大质量黑洞周围吸积盘和冕的物理过程可能已经发生了变化。
这项最新研究挑战了前述相关性的普适性 —— 这一基本假设意味着黑洞周围的物质结构在整个宇宙中是相似的。
““确认紫外到 X 射线关系随宇宙时间演化是非常令人意外的结果，这对我们理解超大质量黑洞的生长方式和辐射机制提出了挑战，”该研究的作者之一安东尼斯・乔治卡基斯博士表示，“我们使用了不同的方法来验证这个结果，但它似乎持续存在。”
前所未有的数据与新方法论
该研究结合了 eROSITA X 射线望远镜的新观测数据与欧洲空间局 XMM-牛顿 X 射线天文台的存档数据，以探索一个前所未有的大型类星体样本的 X 射线与紫外光强度之间的关系。据介绍，eROSITA 提供的广域、均匀 X 射线巡天数据，能够使研究团队得以在前所未有的统计尺度上分析类星体族群。
紫外- X 射线关系的普适性，支撑着某些将类星体用作“标准烛光”以测量宇宙几何结构、并最终探索暗物质和暗能量性质的方法。这一新结果凸显了谨慎的必要性，表明必须严格重新审视关于黑洞结构在宇宙时间内保持不变的假设。
由于 eROSITA 的巡天观测相对较“浅”，许多类星体仅记录到少量 X 射线光子。为此，研究团队引入了稳健的贝叶斯统计方法，对大样本数据进行综合分析，从而揭示了以往难以察觉的细微演化趋势。
论文第一作者、希腊国家天文台博士后研究员玛丽亚・奇拉（Maria Chira）表示：“这项工作的关键进展在于方法论，通过对大量低信噪比观测数据进行统计整合，我们得以发现紫外 —X 射线关系随时间演化的迹象。”
值得注意的是，紫外 —X 射线关系的“普适性”是部分宇宙学研究的重要基础，例如将类星体作为“标准烛光”来测量宇宙几何结构，并进一步研究暗物质和暗能量。这项新发现提醒研究人员，有必要重新审视相关假设，并谨慎评估潜在系统误差。
随着 eROSITA 后续全天巡天数据的发布，以及新一代 X 射线和多波段巡天项目的推进，天文学家将能够研究更暗、更遥远的类星体，以确认这一演化趋势究竟反映了真实的物理变化，还是观测选择效应所致。
IT之家附论文地址：
https://doi.org/10.1093/mnras/staf1905
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