隨著紅外望遠鏡技術(shù)的不斷進步，天文學家得以深入探索宇宙的遙遠過去，并發(fā)現(xiàn)了一些令人困惑的現(xiàn)象。其中，超大質(zhì)量黑洞——這些位于大型星系中心、質(zhì)量驚人的天體——的增長速度變化尤為引人關(guān)注。科學家們發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)今宇宙相比，這些黑洞在遙遠的過去增長得更為迅猛。

在宇宙歷史中，有一個被稱為“宇宙正午”的時期，大約發(fā)生在大爆炸后的20億年至40億年間。這一時期，不僅恒星形成活動達到了頂峰，超大質(zhì)量黑洞也經(jīng)歷了極為快速的增長。然而，自那以后，它們的增長速度顯著放緩，這一現(xiàn)象引發(fā)了天文學家的廣泛興趣。

為了解答這一謎題，天文學家對過去數(shù)十億年中的一百萬個星系和八千多個處于增長階段的超大質(zhì)量黑洞進行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)，自“宇宙正午”以來，超大質(zhì)量黑洞的增長速度急劇下降。這一發(fā)現(xiàn)基于對不同距離、不同增長階段的黑洞的觀測數(shù)據(jù)，其中一些黑洞在快速成長，而另一些則增長緩慢。

在最新發(fā)表于《天體物理學雜志》的研究中，科學家們指出，現(xiàn)今的超大質(zhì)量黑洞無法像過去那樣快速吸積物質(zhì)。這主要是因為它們偏愛的“食物”——冷氣體——在現(xiàn)今宇宙中變得稀缺。這種現(xiàn)象有時被天體物理學家稱為“活動星系核的規(guī)模縮減”。

研究還揭示了超大質(zhì)量黑洞與宿主星系之間的緊密聯(lián)系。這些黑洞的質(zhì)量與星系核球的質(zhì)量及其速度彌散度密切相關(guān)。同時，它們的長期平均吸積率也與星系的總恒星質(zhì)量及核球中的恒星形成速率相關(guān)聯(lián)。這表明，超大質(zhì)量黑洞與宿主星系可能以一種協(xié)同的方式共同演化。

科學家們已知，超大質(zhì)量黑洞的增長在大約95億至105億年前達到頂峰，此后便逐漸下降。這一時期對應于紅移z ≈ 1.5–2，當時宇宙的年齡僅為30億至40億年。在高紅移處，高光度活動星系核更為常見。然而，為何會出現(xiàn)如此顯著的增長放緩，至今仍是一個未解之謎。

為了解答這一問題，研究人員采用了所謂的“婚禮蛋糕設計”方法，結(jié)合了來自不同X射線望遠鏡的數(shù)據(jù)，包括Chandra望遠鏡、XMM-Newton天文臺和eROSITA全天空X射線巡天望遠鏡。這種方法使他們能夠構(gòu)建出比任何單一望遠鏡都更清晰的超大質(zhì)量黑洞增長圖景。

通過分析約130萬個星系和8000個超大質(zhì)量黑洞的觀測數(shù)據(jù)，研究人員提出了三種可能解釋增長放緩的原因：一是吸積速率本身較慢；二是典型超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量較小；三是活躍吸積的超大質(zhì)量黑洞數(shù)量較少。然而，他們發(fā)現(xiàn)第一種解釋最能符合觀測結(jié)果，即超大質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)的速度確實比過去慢。

這一發(fā)現(xiàn)可能意味著，隨著宇宙年齡的增長，超大質(zhì)量黑洞可吞噬的冷氣體數(shù)量減少。冷氣體不僅是黑洞的“食物”，也是恒星形成所依賴的物質(zhì)。因此，恒星的形成可能“偷走”了黑洞的一部分食物，導致它們的增長速度放緩。