宇宙中星系中央的超大质量黑洞，其增长速度为何在近百亿年间显著放缓？这一困扰天文学界多年的问题，终于有了新的答案。一个国际研究团队通过分析多台空间望远镜的观测数据，发现黑洞吸积气体的效率下降是主要原因。这项研究涵盖了近130万个星系和8000个活跃的超大质量黑洞，为理解黑洞演化提供了关键线索。
20世纪50年代末，天文学家在观测明亮射电源时意外发现，某些天体在可见光波段异常明亮，且尺寸极小，外观类似恒星。这类天体后来被命名为“类星体”，它们实际上是遥远星系中心活跃的超大质量黑洞。70年代初，荷兰裔美籍天文学家马尔滕·施密特通过系统研究类星体，发现距离越遥远的类星体数量越多。这一发现表明，我们观测到的遥远类星体实际上是在回溯宇宙早期历史，因为光传播到地球需要时间。进一步研究证实，约100亿年前的“宇宙正午”时期是黑洞增长最活跃的阶段，而如今它们的增长速率已降至当时的约1/30。
黑洞增长放缓的机制一直是未解之谜。当黑洞吞噬气体时，气体会因摩擦加热并释放大量电磁辐射，其中X射线是黑洞活跃增长的明确标志。通过观测X射线亮度，天文学家可以推断黑洞的气体吸积速率。数十年来，借助X射线望远镜的观测，科学家确认黑洞增长确实在放缓，但具体原因尚不明确。此前，学界提出了三种主要假说：黑洞吸积气体的速率降低、活跃黑洞的典型质量减小，或活跃黑洞的数量减少。
为检验这些假说，研究团队结合了美国宇航局钱德拉X射线天文台、欧空局XMM-牛顿望远镜和德国与俄罗斯合作的eROSITA望远镜的观测数据，并辅以紫外、可见光和红外波段的观测。他们采用了一种“宽而浅、深而窄”的巡天策略：XMM-牛顿和eROSITA负责大范围浅层观测，钱德拉则针对小天区进行深度探测。这种组合使团队能够覆盖不同亮度和距离的黑洞，从而全面分析黑洞增长的变化趋势。
研究结果显示，随着宇宙年龄的增长，活跃黑洞吸积气体的相对速率显著下降，而黑洞的典型质量和数量并未显著减少。这一发现支持了第一种假说，即黑洞增长放缓的主要原因是可供吸积的冷气体减少。自“宇宙正午”以来，星系中的恒星形成、超新星爆发和黑洞喷流等过程不断消耗冷气体，同时热气体冷却和星系周介质气体吸积的补充速度较慢，导致冷气体净供给量持续下降。研究人员指出，这一趋势预计将持续，未来黑洞的增长将进一步放缓。
这项研究的突破在于区分了黑洞质量和吸积速率对X射线亮度的影响。更大质量的黑洞和吸积速率更快的黑洞都会产生更明亮的X射线，但通过多波段观测数据的结合，团队成功分离了这两个因素，从而得出了可靠的结论。这一成果为理解黑洞与宿主星系的共同演化提供了重要依据，也揭示了宇宙中物质循环的复杂过程。
