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发现最明亮星系，堪比300万亿颗太阳！

天文学家发现了已知最明亮的星系，图为该星系的艺术想象图。图片来源：NASA/JPL-Caltech

　　利用美国航空航天局（NASA）大视场红外巡天探测者（WISE）的数据，喷气推进实验室（JPL）的天文学家宣布，他们发现了迄今已知最明亮的星系——就算把 300 万亿个太阳都堆在一起，发出的光亮都无法跟这个星系相比。

　　这个星系被称为 WISE J224607.57-052635.0，属于 WISE 发现的一类全新天体——极亮红外星系（extremely luminous infrared galaxy，缩写为 ELIRG）。在喷气推进实验室为此发布的新闻稿中，这项研究的主要作者、博士后研究员蔡肇伟（Chao-Wei Tsai）表示，这个星系耀眼的光亮或许源自于星系中心超大黑洞的迅猛成长。

　　这个黑洞正从周围吸收气体和物质，后者在黑洞周边聚积成盘，并被加热到数百万度的高温，从而释放出大量的可见光、紫外线和X射线等高能辐射。这些高能辐射被包裹在黑洞周围的尘埃所阻挡。这些尘埃因此被加热，进而辐射出超级明亮的红外线。

　　超大黑洞普遍存在于星系中心，但在如此久远的过去发现这样一个大黑洞，实属罕见。由于光从那个星系传到地球要花 125 亿年的时间，天文学家看到的这个天体，实际上是它在如此久远之前的模样。我们的宇宙诞生至今也只有 138 亿年，而在宇宙年龄仅有如今1/10 的时候，这个黑洞的质量就已经比我们的太阳大出数十亿倍了。

　　按照传统观点，黑洞最初都由大质量恒星坍缩而成，质量最多也只有太阳的几十甚至上百倍。而后，一些黑洞会通过吞噬周边的其他物质而越长越大，但它的成长速度在理论上会受到某种限制。黑洞吞噬物质的速度越快，下落的物质发出的辐射就会越大，也就更容易驱散周边可供黑洞吞并的气体储备——这个理论限制被为爱丁顿极限（Eddington limit）。

　　如果严格遵守爱丁顿极限，一个恒星级别的黑洞无论如何，都不可能在这么短的时间内长到如此巨大，能够驱动这个星系成为迄今人们发现的最明亮星系。

　　于是，问题就来了——黑洞为什么这么大？

　　这项新研究列出了 3 个可能的原因。要么，在最初形成的时候，这个黑洞就个头不小。要么，这个黑洞就得有办法突破爱丁顿极限，而且不止突破一次，还必须多次突破极限才行。

　　再不然，就是这个黑洞所受的爱丁顿极限较弱。蔡肇伟介绍说，如果一个黑洞自转速度足够慢的话，它在吞噬物质的时候就不会把太多的“食物”反推回去。最终，与快速自转的黑洞相比，缓慢自转的黑洞就更有可能迅速吃成一个大胖子。

　　“这是一个重要的发现，”北京大学科维理天文与天体物理研究所的吴学兵教授评价说，“在遥远的宇宙深处发现极亮的星系和类星体，都会给我们研究早期宇宙提供宝贵的探针。”吴学兵并未参与这一发现，不过就在几个月前，他和同事曾在《自然》杂志上撰文宣布，发现了目前已知的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体——而那个类星体的亮度，达到了太阳的 430 万亿倍，甚至比此次新发现的最明亮星系还要亮！

　　“一般来说，极亮红外星系主要以恒星发光为主，虽然黑洞吸积物质发光也贡献了很大的一部分，而类星体则是以黑洞吸积物质发光为主。”吴学兵解释说，“有理论认为，极亮红外星系是类星体的演化前期，当黑洞吸积物质发光占主导后，这个星系基本上就变成一个类星体了。”

　　包含这个最明亮的星系在内，蔡肇伟等人的这项新研究总共发现了 20 个新的极亮红外星系。要想揭示那些明亮星系的细节，并破解早期宇宙里黑洞为什么这么大，还有更多的研究工作要做。有关这一发现的研究论文，发表在今天（5 月 22 日）出版的《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）上。（编辑：Steed）

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