一顆形成于宇宙大爆炸后僅9億年的類星體，亮度在14年間毫無規(guī)律地劇烈閃爍，明暗交替幅度大到相當(dāng)于2萬億個(gè)太陽的亮度差異。這一發(fā)現(xiàn)首次證實(shí)，誕生于宇宙極早期的超重黑洞也能出現(xiàn)如此激烈的光度變化，其背后指向一個(gè)更顛覆認(rèn)知的事實(shí)：這個(gè)本應(yīng)還處于“嬰幼兒期”的黑洞，內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻已經(jīng)演化得像成年體一樣成熟。

類星體本質(zhì)上是一個(gè)正在瘋狂進(jìn)食的超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)大量氣體被引向黑洞，在事件視界外圍旋轉(zhuǎn)墜落時(shí)，劇烈摩擦?xí)寶怏w溫度急劇飆升，釋放出異常耀眼的光芒。與此同時(shí)，磁場(chǎng)裹挾著帶電粒子，從黑洞兩端向外噴射出強(qiáng)勁的發(fā)光噴流。正是這套極端物理過程，讓類星體成為宇宙中肉眼可見最遠(yuǎn)、最亮的天體之一。

人類目前已發(fā)現(xiàn)超過百萬顆類星體，但其中只有大約200顆誕生于宇宙最初10億年內(nèi)。這些早期類星體絕大多數(shù)也會(huì)出現(xiàn)亮度波動(dòng)，可幅度通常很小。在此之前，天文學(xué)家從未在如此古老的類星體身上捕捉到明顯閃爍。麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理與空間研究所的吉恩·梁指出：“我們?cè)缫阎?，附近宇宙中的類星體會(huì)發(fā)生亮度閃爍。這種現(xiàn)象源于流入黑洞的氣體流量出現(xiàn)波動(dòng)，而類星體的閃爍特征，能幫助我們了解黑洞吸積盤的結(jié)構(gòu)，以及黑洞吞噬物質(zhì)的狀態(tài)。”

這顆特殊類星體的總光度相當(dāng)于12萬億個(gè)太陽，而它的亮度波動(dòng)幅度達(dá)到約20%，差值等于2萬億個(gè)太陽的光度。如此劇烈的明暗變化，等于直接告訴研究者：這個(gè)黑洞正在以驚人速度吞噬物質(zhì)，成長(zhǎng)節(jié)奏遠(yuǎn)比此前設(shè)想的更為猛烈。吉恩·梁與同事安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，借助美國(guó)國(guó)家航空航天局已停止運(yùn)行的近地天體廣域紅外巡天探測(cè)器（NEOWISE）長(zhǎng)達(dá)14年的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，最終鎖定了這顆罕見的早期閃爍類星體。NEOWISE原本的任務(wù)是持續(xù)掃描全天、監(jiān)測(cè)具有潛在威脅的小行星，但它同時(shí)也不間斷地記錄下宇宙深空中各類天象的亮度變化。

捕捉這一閃爍過程本身難度極高。這顆類星體距離地球?qū)嵲谔^遙遠(yuǎn)，光線在宇宙中穿行了129億年，加上宇宙持續(xù)膨脹的效應(yīng)，光的波長(zhǎng)被不斷拉長(zhǎng)，朝著紅光波段偏移，這就是紅移現(xiàn)象。紅移不僅讓天體在觀測(cè)視野中變得極為昏暗，還拉長(zhǎng)了它的亮度變化節(jié)奏——原本只需要幾天就能完成一輪明暗交替，抵達(dá)地球時(shí)，周期已經(jīng)被拖長(zhǎng)到數(shù)月之久。正是這一原因，讓NEOWISE積攢的十幾年連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)變得不可替代。梁形容：“在這14年里，我們看到這顆類星體的光芒毫無規(guī)律地明暗交替，就像風(fēng)中搖曳的燭火?！?/p>

類星體在不同波段上表現(xiàn)出的亮度升降，與黑洞周圍旋轉(zhuǎn)氣體的溫度波動(dòng)存在直接關(guān)聯(lián)。氣體距離黑洞越近，溫度越高，發(fā)出的輻射也越強(qiáng)烈。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)反推，發(fā)現(xiàn)環(huán)繞這顆黑洞的氣體已經(jīng)聚攏成一個(gè)極為扁平的、形似薄餅的吸積盤。對(duì)于演化成熟的類星體而言，這樣規(guī)整的盤狀結(jié)構(gòu)并不稀奇，但問題在于，這顆類星體形成于宇宙大爆炸后僅約9億年，按現(xiàn)有理論，它還遠(yuǎn)未到該“定型”的階段。

按照此前的主流認(rèn)知，超大質(zhì)量黑洞的成長(zhǎng)過程長(zhǎng)期處于混亂無序狀態(tài)。誕生于宇宙剛滿8.5億年時(shí)期的早期類星體，其外圍供黑洞吞噬的氣體云理應(yīng)是松散蓬松的結(jié)構(gòu)，像一圈形態(tài)雜亂的厚環(huán)，需要經(jīng)過漫長(zhǎng)演化才會(huì)逐漸收攏，最終壓扁成薄薄的吸積盤。然而這一次的觀測(cè)結(jié)果直接推翻了這條時(shí)間線：這顆黑洞在宇宙極早期就已經(jīng)擁有薄餅狀的規(guī)整吸積盤，演化進(jìn)度大幅超前于它所處的宇宙年齡。艾勒斯解釋：“這一發(fā)現(xiàn)說明，黑洞在成長(zhǎng)初期都會(huì)經(jīng)歷一段雜亂且高速的演化階段，而這個(gè)階段出現(xiàn)得極早，遠(yuǎn)早于它們演變?yōu)槊髁令愋求w的時(shí)期。這也是我們目前梳理出的新研究結(jié)論。”

這一判斷也呼應(yīng)了近年來另一條引人關(guān)注的線索。詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了大量被稱為“小紅點(diǎn)”的緊湊天體，越來越多的證據(jù)指向，超大質(zhì)量黑洞完全可能由巨大的氣體云直接坍縮形成，誕生速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出過去的估計(jì)。而這顆129億年前就已經(jīng)擁有成熟吸積盤結(jié)構(gòu)的類星體，進(jìn)一步為“黑洞誕生早、演化快”的新圖像提供了關(guān)鍵拼圖。梁對(duì)此評(píng)價(jià)：“這意味著在更早的宇宙時(shí)期，必然存在某種機(jī)制，讓這類天體快速走向成熟?！?/p>

接下來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃借助詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，繼續(xù)搜尋更加古老的類星體——目前已知的最古老紀(jì)錄是誕生于132億年前——試圖從中辨認(rèn)出更多關(guān)于黑洞快速演化的線索，弄清楚究竟是什么機(jī)制在宇宙黎明時(shí)期，驅(qū)動(dòng)著這些龐然大物以超乎想象的速度成長(zhǎng)并走向成熟。該項(xiàng)研究成果已于6月8日發(fā)表在《自然·天文學(xué)》期刊上。