宇宙中星系中央的超大質量黑洞，其增長速度為何在近百億年間顯著放緩？這一困擾天文學界多年的問題，終于有了新的答案。一個國際研究團隊通過分析多臺空間望遠鏡的觀測數據，發現黑洞吸積氣體的效率下降是主要原因。這項研究涵蓋了近130萬個星系和8000個活躍的超大質量黑洞，為理解黑洞演化提供了關鍵線索。
20世紀50年代末，天文學家在觀測明亮射電源時意外發現，某些天體在可見光波段異常明亮，且尺寸極小，外觀類似恒星。這類天體后來被命名為“類星體”，它們實際上是遙遠星系中心活躍的超大質量黑洞。70年代初，荷蘭裔美籍天文學家馬爾滕·施密特通過系統研究類星體，發現距離越遙遠的類星體數量越多。這一發現表明，我們觀測到的遙遠類星體實際上是在回溯宇宙早期歷史，因為光傳播到地球需要時間。進一步研究證實，約100億年前的“宇宙正午”時期是黑洞增長最活躍的階段，而如今它們的增長速率已降至當時的約1/30。
黑洞增長放緩的機制一直是未解之謎。當黑洞吞噬氣體時，氣體會因摩擦加熱并釋放大量電磁輻射，其中X射線是黑洞活躍增長的明確標志。通過觀測X射線亮度，天文學家可以推斷黑洞的氣體吸積速率。數十年來，借助X射線望遠鏡的觀測，科學家確認黑洞增長確實在放緩，但具體原因尚不明確。此前，學界提出了三種主要假說：黑洞吸積氣體的速率降低、活躍黑洞的典型質量減小，或活躍黑洞的數量減少。
為檢驗這些假說，研究團隊結合了美國宇航局錢德拉X射線天文臺、歐空局XMM-牛頓望遠鏡和德國與俄羅斯合作的eROSITA望遠鏡的觀測數據，并輔以紫外、可見光和紅外波段的觀測。他們采用了一種“寬而淺、深而窄”的巡天策略：XMM-牛頓和eROSITA負責大范圍淺層觀測，錢德拉則針對小天區進行深度探測。這種組合使團隊能夠覆蓋不同亮度和距離的黑洞，從而全面分析黑洞增長的變化趨勢。
研究結果顯示，隨著宇宙年齡的增長，活躍黑洞吸積氣體的相對速率顯著下降，而黑洞的典型質量和數量并未顯著減少。這一發現支持了第一種假說，即黑洞增長放緩的主要原因是可供吸積的冷氣體減少。自“宇宙正午”以來，星系中的恒星形成、超新星爆發和黑洞噴流等過程不斷消耗冷氣體，同時熱氣體冷卻和星系周介質氣體吸積的補充速度較慢，導致冷氣體凈供給量持續下降。研究人員指出，這一趨勢預計將持續，未來黑洞的增長將進一步放緩。
這項研究的突破在于區分了黑洞質量和吸積速率對X射線亮度的影響。更大質量的黑洞和吸積速率更快的黑洞都會產生更明亮的X射線，但通過多波段觀測數據的結合，團隊成功分離了這兩個因素，從而得出了可靠的結論。這一成果為理解黑洞與宿主星系的共同演化提供了重要依據，也揭示了宇宙中物質循環的復雜過程。
