詹姆斯韦伯望远镜发现宇宙中最古老、最遥远的黑洞

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了宇宙最古老的黑洞，这为天文学家提供了一些关于它们如何形成的重要线索。

编者注：本文的早期版本发表于 2023 年 12 月 17 日。本文已更新，以反映该研究已发表在同行评审期刊《自然》上。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 发现了有史以来最古老的黑洞，这是一个质量相当于 160 万个太阳的古老怪物，潜伏在宇宙过去 130 亿年的时间里。 

詹姆斯·韦伯太空望远镜的相机使其能够及时回顾宇宙的起源，在宇宙开始后仅 4.4 亿年，就在婴儿星系 GN-z11 的中心发现了超大质量黑洞。

时空断裂并不是唯一的，它是无数黑洞之一，它们在宇宙黎明时——大爆炸后大约一亿年期间吞噬了自己到可怕的规模。 u> 当年轻的宇宙开始发光十亿年时。 

宇宙诞生后，宇宙漩涡的规模如何如此迅速地膨胀尚不清楚。但寻找答案可能有助于解释今天的超大质量黑洞——它锚定了包括我们银河系在内的整个星系——是如何增长到如此令人难以置信的大小的。研究人员于 1 月 17 日在《自然》杂志上发表了他们的发现。

该大学的天体物理学教授、主要作者Roberto Maiolino表示，早期宇宙中的黑洞“无法像当今本地宇宙中的许多黑洞那样安静且温和地生长”剑桥大学的教授告诉《生活科学》杂志。 “他们必须经历一些特殊的诞生或形成，以及一些特殊的成长。”

近现代，天文学家认为黑洞是由巨星坍缩而产生的。但无论它们是怎样形成的，它们都是通过不断吞噬气体、尘埃、恒星和其他黑洞来成长的。当它们饱餐一顿时，摩擦力会导致螺旋状进入黑洞胃的物质升温，并且它们发出可以被望远镜探测到的光，从而将它们变成所谓的活动星系核（AGN）。

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最极端的活动星系核是类星体，这是一种比太阳重数十亿倍的超大质量黑洞，释放出气态茧时发出的光比最亮恒星的亮度高出数万亿倍。

由于光以固定的速度穿过太空真空，科学家对宇宙的研究越深入，他们拦截到的光就越远，并且看到的时间也越早。为了在新研究中发现黑洞，天文学家用两台红外相机——JWST的中红外仪器（MIRI）和近红外相机——扫描了天空，并使用相机的内置光谱仪将光分解成它的光。分量频率。 

通过解构宇宙早期的这些微弱光芒，他们发现光中包含的频率出现了意想不到的峰值——这是一个关键迹象，表明黑洞周围的热物质正在整个宇宙中发出微弱的光迹。

对于这些早期黑洞如何如此快速地增长，最流行的解释是，它们是由巨大气体云的突然塌缩形成的，或者是由恒星团和黑洞之间的多次合并形成的。 

尽管如此，天文学家并没有排除其中一些黑洞可能是由假设的“原始”黑洞产生的，这些黑洞被认为是在宇宙开始之后不久——在某些理论中甚至早于——宇宙开始之后产生的。

“目前还不清楚（直接塌缩）是否是形成黑洞的唯一方法，因为它需要一些特殊的环境才能发生，”麦奥利诺说。 “你需要它是一个原始的云，尚未被第一批恒星产生的重元素所丰富，并且质量相当大——从 10,000 到 100 万个太阳质量。”

为了防止这样的云冷却得太快并首先塌陷成大质量恒星，还必须用紫外线照射它，很可能来自附近的星系或黑洞。

“所以你需要这种特殊的条件，即云不会通过吸收爆炸的恒星物质而变得丰富，但也靠近另一个产生大量光子的星系，”麦奥利诺说。 “所以我们不一定要寻找单一的场景，实际上可能有两个或多个场景在起作用。”