本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这篇文章是与我的著作《重力引擎：吹泡泡的黑洞如何统治星系、恒星和宇宙生命》（大众科学/FSG）出版相伴的系列文章中的第四篇。
十年前，宇宙陷入了困境。
或者更确切地说，我们人类关于宇宙中所有恒星和星系本质的微不足道的理论陷入了困境。在那个时候，我们已经设法发现了许多关于我们宇宙环境的非凡事物。我们探测到了被称为宇宙微波背景的原始辐射场的遗迹中微小的非均匀性，并且我们有越来越有力的证据表明，正常物质——我们构成的物质——仅占宇宙总原始质量的五分之一。其余的是暗物质，一种鲜少发生粒子间相互作用的神秘物质，但质量足够大，其引力支配着星系中恒星的运动以及星系团和超星系团的巨大结构。
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凭借这些观测结果，以及我们关于这些特征如何转化为宇宙中结构的播种和引力增长的模型，我们可以构建虚拟现实，在其中星系和恒星将出现并填充一个虚构的宇宙。然后，可以将这些模拟与我们宏大的宇宙学地图以及我们对周围所有明亮和黑暗区域的统计计数进行比较。这是一种确认我们想法的方式，将虚拟宇宙与真实宇宙进行比较。而这就是问题所在，因为这些模型中的大多数看起来不太像真实的东西。
事实是，模拟过度生产了恒星，并且过度生产了大型明亮的星系。它们没有产生一个看起来像我们宇宙的宇宙。关于可能的原因的争论激烈。可能是用于模拟虚拟星系中恒星产生的计算机算法存在严重缺陷。也可能是我们遗漏了一个关键组成部分，一种额外的能量来源，它可以抑制真实宇宙中的过程，阻碍星系的生长并调节来自虚拟星云的恒星诞生。但那会是什么呢？可能是恒星自身释放的能量——大质量太阳快速燃烧其核燃料并以超新星爆发，这可能会对后续世代的形成施加速度限制。也可能是潜伏在宇宙黑暗小巷和偏僻角落的其他东西。
长期以来，超大质量黑洞一直被怀疑是一种破坏性因素。正如我在本系列上一篇文章中写道的那样，当它们吞噬物质时，它们可能会非常吵闹，将能量反向释放到周围的宇宙中。在星系团内部，我们看到它们在星系际气体中吹泡泡并产生波浪，这种现象减缓了气体凝结成冷却星云和新恒星的速度。在其他地方，我们看到辐射和粒子的冲刷淹没了星系，这是一种零星但强大的力量。这看起来像是一个有希望的解决方案，但仍然不完整。
当我我和我的同事们在遥远的宇宙过去偶然发现了一条重要的线索时，我个人确信这些巨洞在“修剪”星系和恒星中发挥了作用。为了让黑洞提供缺失的环节，它们需要帮助阻碍最大星系的生长。这意味着它们需要从一开始就参与其中，但这尚未得到证实。幸运的是，我们在大约 120 亿光年之外的地方，在星系演化的早期早晨，发现了这种情况。
它有一个极其乏味的名字 4C 41.17。一个遥远的强烈无线电波源，由于宇宙的膨胀，其光线被拉伸、红移了 3.8 倍。使用夏威夷的巨型凯克望远镜，七个小时的曝光使我们能够拍摄到最初来自该系统的紫外线光图像——揭示了一个气体潮起潮落的动荡场景。深红外图像还显示了大量的星尘，其中碳富集颗粒的质量是太阳质量的 6 亿倍，这是恒星诞生和死亡狂潮的指纹。然后，我们使用了 NASA 的钱德拉 X 射线天文台进行了 40 个小时的观测，收集了最微弱的 X 射线光的耳语，总共只有 150 个 120 亿年前的光子。但这正是我们所需要的，因为它们揭示了整个故事。
在这个年轻的星系深处，有一个超大质量黑洞。当它吞噬物质时，它以接近光速的速度喷射出电子。当这些粒子高速飞离时，它们遇到了宇宙背景辐射，即原始光子。但是，在 120 亿年前，宇宙更加紧凑，背景辐射比今天更温暖，因此，当这些遭遇发生时，能量交换的效率远高于今天。黑洞加速的电子将原始光子提升为 X 射线，而 X 射线穿透了这个年轻星系的黑暗，改变了其新恒星的产生。
这是一个令人兴奋的发现。一个生动的证明，表明我们确实需要黑洞，它们不仅仅是宇宙演化游戏中的旁观者，而是中心角色，无论是今天、昨天，还是之前的所有昨天。
宇宙中恒星的数量，以及星系的本质，都极大地归功于这些最极端和最奇特的物理现象的行为。十年前，它们帮助解决了一个谜团的一部分，谁知道接下来我们将了解它们什么。
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