天文学家使用欧洲南方天文台的甚大望远镜，观测到了宇宙中一些最早星系周围的低温气体库。这些气体晕是这些星系中心超大质量黑洞的完美食物，这些黑洞现在被认为是125亿年前的样子。这种食物储存也许可以解释为什么这些“宇宙怪兽”在宇宙历史上，被称为“宇宙黎明”的时期生长得如此之快。德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所的伊曼纽尔·保罗·法里纳领导了发表在《天体物理学》期刊上的这项研究。
天文学家现在第一次能够证明，原始星系环境中确实有足够的食物来维持超大质量黑洞增长和旺盛的恒星形成。这为天文学家正在构建描绘120亿多年前宇宙结构如何形成的谜题增加了一块基础。超大质量黑洞是如何在宇宙历史上这么早就变得如此之大？研究表明：这些质量是太阳的几十亿倍，早期黑洞的存在是一个很大的谜。这意味着，第一批黑洞可能是从第一批恒星的坍塌中形成，它们的增长速度肯定非常快。
但是，到目前为止，天文学家还没有发现足够多的“黑洞食物”（气体和尘埃）来解释这种快速增长。让事情更复杂的是，之前用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列ALMA进行的观测显示，这些早期星系中存在大量尘埃和气体，这些尘埃和气体助长了恒星的快速形成。ALMA的这些观测表明，可能几乎没有剩余的东西来喂饱一个黑洞。为了解开这个谜团，天文学家使用智利阿塔卡马沙漠ESO甚大望远镜上的缪斯仪器来研究类星体。
这项研究观测了31个类星体，这些类星体被认为是125亿多年前的样子，当时宇宙还是一个婴儿，只有大约8.7亿年的历史。这是宇宙历史上最大的类星体样本之一。天文学家发现，12个类星体被巨大的气晕包围：从中央黑洞延伸10万光年、质量是太阳数十亿倍的冷密氢气光晕。来自德国、美国、意大利和智利的研究小组还发现，这些气体晕与星系紧密结合，为维持超大质量黑洞的增长和旺盛的恒星形成，提供了完美的食物源。
这项研究之所以成为可能，要归功于欧洲南方天文台VLT上的多单元光谱探测器MUSE（缪斯）的超高灵敏度，这是类星体研究中的“游戏规则改变者”。在每个目标的几个小时内，研究人员能够深入研究年轻宇宙中存在的最大质量和最贪婪黑洞的周围环境。虽然类星体很明亮，但它们周围的气晕却很难观察到，但缪斯可以探测到晕中微弱的氢气辉光，让天文学家最终揭示出：为早期宇宙中超大质量黑洞提供动力的食物储备。
博科园｜研究/来自：欧洲南方天文台
参考期刊《天体物理学》
Cite: arXiv:1911.08498
