詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現迄今為止最遙遠的活動超大質量黑洞
發表于 2025-12-08 13:52:11
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桑間濮上網
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現迄今為止最遙遠的活動超大質量黑洞
（神秘的地球uux.cn）據美國宇航局：研究人員利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止最遙遠的活動超大質量黑洞。這個名為CEERS 1019的斯韋星系在宇宙大爆炸后僅存在了5.7億年，它的伯太黑洞比早期宇宙中已知的任何其他黑洞都要小。不僅如此，空望他們還輕而易舉地“抖出”了另外兩個黑洞，遠鏡遠它們也位于較小的發現一側，在大爆炸后存在了10億年和11億年。迄今韋伯還發現了11個星系，為止它們存在于宇宙4.7億至6.75億年前。活動黑洞該證據是詹姆最遙質量由奧斯汀德克薩斯大學的史蒂文·芬克爾斯坦領導的韋伯宇宙進化早期釋放科學(CEERS)調查提供的。該計劃結合了韋伯高度詳細的斯韋近紅外和中紅外圖像以及被稱為光譜的數據，所有這些都被用于做出這些發現。伯太
大約有100，000個星系出現在這張水平的遠鏡遠拼接影像中。覆蓋不是發現連續的，所以韋伯的圖像之間的區域是黑色的。大約拍攝了20個正方形圖像來形成這幅鑲嵌圖。深深凝視這廣闊的風景。它是由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在近紅外光下拍攝的多幅圖像拼接而成的——它實際上正在隨著活動而脈動。中間右側是一簇明亮的白色螺旋星系，它們似乎正在相互纏繞。貫穿整個場景的是淡粉色的螺線，看起來像在風中旋轉的風車。藍色背景下明亮的前景恒星用韋伯突出的八角衍射尖峰宣布了自己的存在。不要錯過一個非傳統的景象:在最下面一行，找到右邊第二個正方形。在它的右邊，一個畸形的藍色星系被藍色和粉紅色的閃亮星團包圍著。致謝:美國航天局、歐空局、加空局、史蒂夫·芬克爾斯坦(德州大學奧斯汀分校)、米凱拉·巴格利(德州大學奧斯汀分校)、麗貝卡·拉森(德州大學奧斯汀分校)
CEERS 1019不僅因其存在時間之久而引人注目，也因其黑洞重量相對較小而引人注目。這個黑洞大約有900萬個太陽質量，遠遠小于早期宇宙中存在的由其他望遠鏡探測到的其他黑洞。這些龐然大物的質量通常超過太陽的10億倍，而且它們更容易被探測到，因為它們更亮。(它們正在積極地“吃”物質，當它朝著黑洞旋轉時會變亮。)CEERS 1019內部的黑洞更類似于我們銀河系中心的黑洞，它的質量是太陽的460萬倍。這個黑洞也不像以前探測到的更大的龐然大物那樣明亮。雖然較小，但這個黑洞存在的時間要早得多，因此仍然很難解釋它是如何在宇宙開始后這么快就形成的。研究人員很早就知道較小的黑洞肯定存在于宇宙的早期，但直到韋伯開始觀察，他們才能夠做出明確的探測。(CEERS 1019可能只能保持這一記錄幾周——關于韋伯發現的其他更遙遠的黑洞的說法目前正在由天文學界仔細審查。)
韋伯的數據實際上充斥著精確的信息，使得這些確認很容易從數據中提取出來。“用這個望遠鏡觀察這個遙遠的物體很像是在觀察來自我們銀河系附近的黑洞的數據，”領導這項發現的德克薩斯大學奧斯汀分校的麗貝卡·拉森說。“這么多譜線要分析！”該團隊不僅可以解開光譜中哪些發射來自黑洞，哪些來自其宿主星系，他們還可以查明黑洞攝入了多少氣體，并確定其星系的恒星形成率。
該團隊發現這個星系正在盡可能多地吸收氣體，同時也在制造新的恒星。他們轉向這些圖像，探究這可能是為什么。從視覺上看，CEERS 1019看起來是三個明亮的團塊，而不是一個單一的圓盤。“我們不習慣在這么遠的距離上看到這么多的圖像結構，”來自紐約羅切斯特理工學院的CEERS團隊成員Jeyhan Kartaltepe說。“星系合并可能是助長該星系黑洞活動的部分原因，這也可能導致恒星形成增加。”
這張圖顯示了宇宙中目前已知的最遙遠的活躍超大質量黑洞的探測結果。它們被太空和地面上的一系列望遠鏡所識別。最近在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的宇宙進化早期釋放科學(CEERS)調查中發現了三個。鳴謝:美國航天局、歐空局、加空局、Leah Hustak (STScI)
CEERS的調查范圍很廣，還有很多需要探索的地方。緬因州沃特維爾科爾比學院的團隊成員戴爾·科切夫斯基和團隊很快在數據中發現了另一對小黑洞。第一個在CEERS 2782星系內，最容易辨認。沒有任何灰塵模糊了韋伯對它的看法，因此研究人員可以立即確定它的黑洞在宇宙歷史上的存在時間——僅在大爆炸后11億年。第二個黑洞位于CEERS 746星系，存在時間稍早，在大爆炸后10億年。它明亮的吸積盤是一個由氣體和塵埃組成的環，圍繞著它的超大質量黑洞，仍然部分被塵埃遮蔽。“中央黑洞是可見的，但塵埃的存在表明它可能位于一個也在瘋狂涌出恒星的星系中，”科切夫斯基解釋道。
與CEERS 1019中的黑洞一樣，這兩個黑洞也是“輕量級”的——至少與這些距離上先前已知的超大質量黑洞相比是這樣的。它們的質量大約只有太陽的一千萬倍。“研究人員早就知道早期宇宙中一定存在質量較低的黑洞。韋伯是第一個能如此清晰地捕捉到它們的天文臺，”科切夫斯基補充道。“現在我們認為低質量黑洞可能到處都是，等待被發現。”在韋伯之前，所有三個黑洞都太暗而無法被探測到。“使用其他望遠鏡，這些目標看起來像普通的恒星形成星系，而不是活躍的超大質量黑洞，”芬克爾斯坦補充道。
韋伯的敏感光譜也讓這些研究人員能夠測量早期宇宙中星系的精確距離，從而確定它們的年齡。國家科學基金會NOIRLab的巴勃羅·阿拉巴爾·哈羅和德克薩斯大學奧斯汀分校的藤本誠治團隊成員確定了大爆炸后4.7億至6.75億年間存在的11個星系。不僅它們非常遙遠，如此多的明亮星系被探測到的事實也是引人注目的。研究人員推測，韋伯能夠探測到的星系比在這些距離上發現的要少。“韋伯返回的遙遠星系的高度詳細的光譜數量讓我不知所措，”阿拉巴爾·哈羅說。“這些數據絕對令人難以置信。”
這些星系正在迅速形成恒星，但化學成分還沒有離家近得多的星系豐富。“韋伯是第一個探測到這些星系的人，”藤本解釋道。“這一組，以及我們將來可能識別的其他遙遠星系，可能會改變我們對整個宇宙歷史中恒星形成和星系演化的理解，”他補充道。
這些只是CEERS調查的第一批突破性發現。“到目前為止，關于早期宇宙中物體的研究主要是理論性的，”芬克爾斯坦說。“有了韋伯，我們不僅可以在極遠的地方看到黑洞和星系，我們現在還可以開始精確地測量它們。這就是這臺望遠鏡的巨大威力。”在未來，韋伯的數據可能還會被用來解釋早期黑洞是如何形成的，修正研究人員關于黑洞在宇宙歷史的最初幾億年中如何成長和演化的模型。
天體物理學雜志Letters已經接受了幾篇關于CEERS調查數據的初步論文:“CEERS在大爆炸后發現了一個吸積的超大質量黑洞570 Myr:確定了一個z > 6的大質量類星體的祖先”，由Larson領導，“隱藏的小怪物:對z > 5的低質量寬線AGN的光譜識別”，由Kocevski領導，“在z≃8−10對CEERS NIRCam選擇的星系的光譜確認”，由Arrabal Haro領導，以及“CEERS對NIRCam選擇的z ≳ 8星系候選者的光譜確認”
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文臺。韋伯將解開我們太陽系的謎團，探索其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一項國際計劃。 |
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