詹姆斯·韦伯太空望远镜在早期宇宙中看到了孤独的超大质量黑洞驱动的类星体

詹姆斯·韦伯太空望远镜在早期宇宙中发现了孤独的类星体，这些类星体的“空储藏室”违背了有关它们成长为怪物大小的理论。

当您通过我们网站上的链接购买时，我们可能会赚取联属佣金。这是它的工作原理。

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜回望 130 亿年前，发现了令人惊讶的孤独的超大质量黑洞驱动的类星体。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的观测结果令人困惑，因为孤立的黑洞应该很难聚集足够的质量来达到超大质量状态，尤其是在大爆炸后的几亿年。当涉及到宇宙年龄不到 10 亿年时，一些黑洞的质量如何增长到相当于数百万甚至数十亿个太阳的质量时，这一发现进一步搅乱了人们的困惑。

这一发现是在一组科学家利用 JWST 研究了五个已知最早类星体的环境后得出的，这些类星体是在宇宙 600 至 7 亿年前形成的。研究小组发现，这些被称为“类星体场”的类星体的周围环境变化惊人。有些是科学家预测的人口稠密的环境，但另一些则是人口稀少的“空食品储藏室”，难以满足超大质量黑洞的生长。

“与之前的看法相反，我们发现，平均而言，这些类星体不一定位于早期宇宙密度最高的区域。其中一些类星体似乎位于不知名的地方。”麻省理工学院物理学教授在一份声明中说。 “如果这些类星体看起来没有任何食物来源，那么很难解释它们为何会变得如此之大。”

相关：有史以来最大的黑洞喷流长达 140 个银河系

类星体需要充足的食物

据信，超大质量黑洞潜伏在相对现代宇宙中所有大型星系的中心。由于没有大到足以坍缩的恒星和质量如此巨大的黑洞，科学家们知道超大质量黑洞的形成方式一定不同于所谓的“恒星质量黑洞”，其质量在太阳的 10 到 100 倍之间。来自大质量恒星的死亡。

模型表明，超大质量黑洞可能会通过越来越大的黑洞逐渐合并而成长，但问题是这个过程需要超过 10 亿年。然而，JWST 发现超大质量黑洞的形成时间要短得多。

我们之所以能够看到这些超大质量黑洞，是因为它们位于富含气体的湍流直接环境中，称为活动星系核（AGN），它们从中汲取营养。这也有利于他们的成长。这些环境中黑洞的巨大质量导致它们周围扁平的气体和尘埃云发出明亮的光芒，通常比它们所在的星系中每颗恒星的总光还要亮。这种光比太阳亮数万亿倍，表明是类星体。

然而，超大质量黑洞需要“送货服务”来保持其周围环境充满气体和尘埃，以实现这种令人难以置信的亮度。

艾勒斯说：“我们现在拥有一台望远镜，可以如此详细地捕捉 130 亿年前的光线，这真是太神奇了。” “JWST 第一次使我们能够了解这些类星体的环境、它们生长的地方以及它们的邻居是什么样的。”

为了调查更广泛的类星体周围环境，该团队选择了 JWST 在 2022 年 8 月至 2023 年 6 月期间研究的五个超大质量黑洞驱动区域。这需要将多个图像“拼接在一起”，为每个超大质量黑洞邻域创建一个类星体场马赛克。

通过处理图像中的多个波长的光，还可以确定光是否来自类星体的邻近星系，并测量该星系起源于明亮的中央类星体的距离。

“我们发现这五个类星体之间的唯一区别是它们的环境看起来如此不同，”艾勒斯说。 “例如，一个类星体周围有近 50 个星系，而另一个类星体只有两个。而且两个类星体都在相同的大小、体积、亮度和宇宙时间范围内。

“这真是令人惊讶。”

早期超大质量黑洞是否有“爆发式增长”？

该团队的发现挑战了超大质量黑洞生长，甚至整个星系形成的想法。目前的理解是，这种演化是由暗物质组成的巨大“宇宙网”引导的。暗物质约占所有物质的 85%，但实际上对我们来说仍然是不可见的。

宇宙网中的暗物质细丝引导着早期宇宙中的气体和尘埃，沿着其巨大的卷须吸引着原始物质。在这个宇宙网的股线相遇的地方，过度密集的物质区域聚集起来。在这里，形成了早期的星系，并且应该发现了第一个类星体。

“暗物质的宇宙网是我们宇宙学模型的可靠预测，可以通过数值模拟对其进行详细描述，”莱顿大学研究生、团队负责人埃利亚·皮扎蒂在声明中说。 “通过将我们的观测结果与这些模拟进行比较，我们可以确定类星体在宇宙网中的位置。”

位于宇宙网这些节点的超大质量黑洞应该通过宇宙网提供的气体和尘埃的稳定和快速吸积而生长，就像银河的幼虫中心一样——这将使类星体达到巨大的质量和极高的亮度——但科学家们我们仍然需要知道这在宇宙历史的早期是如何发生的。

“我们试图回答的主要问题是，当宇宙还非常非常年轻时，这些十亿太阳质量的黑洞是如何形成的？它仍处于婴儿期，”艾勒斯说。