詹姆斯·韦伯望远镜有史以来第一次测量了宇宙中最大、最古老的黑洞周围的星光

天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜将类星体的光与其周围恒星的光分开，为了解宇宙最古老的黑洞如何生长提供了前所未有的见解。

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，首次观察到宇宙中一些最大、最亮和最古老的黑洞周围闪烁着古老恒星的光芒。

类星体——包含活跃的超大质量黑洞的星系核心——是宇宙中最古老的物体之一。当尘埃和气体加速飞向类星体的中心黑洞时，类星体会发出如此明亮的辐射——通常比整个银河系亮千倍——以至于天文学家很难观察到星体中较微弱的恒星光。类星体的星系。这使得研究星系的形状和质量变得具有挑战性。

但麻省理工学院的研究人员首次成功地解析了这种信号混合物，并探测到了宇宙中一些最古老类星体周围星系中恒星发出的微弱恒星光。他们的研究结果发表在 5 月 6 日的《天体物理学杂志》上，研究结果表明，相对于它们的宿主星系，这些古老的超大质量黑洞比附近宇宙中的黑洞大 100 倍左右。

这些结果的实现得益于 JWST 卓越的清晰度和分辨率。该团队在超过 120 小时的望远镜时间内观察到了 6 个类星体，据估计它们的年龄都在 130 亿年前，是宇宙中最古老的天体。 

“类星体的亮度比其宿主星系高出几个数量级，”该研究的主要作者、麻省理工学院博士后学者Minghao Yue在一份声明中说道。 “之前的图像不够清晰，无法区分主星系及其所有恒星的样子。”

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利用 JWST 改进的数据，研究小组通过建模哪些光似乎来自点源（类星体），哪些光似乎来自更分散的源（周围的星星）。有了相对亮度，研究小组就估计了每个类星体及其宿主星系的质量。

他们计算出类星体与星系的平均质量比为 1:10，而附近宇宙中较年轻的超大质量黑洞的平均质量比为 1:1,000。但对这些古老黑洞为何如此巨大的解释目前还不清楚。 

“其中一个大问题是了解这些怪物黑洞如何能够变得如此之大，如此之快，”岳说。

当恒星耗尽燃料并经历引力坍缩并引发超新星时，就会形成标准黑洞。由此产生的黑洞在其整个生命周期中逐渐消耗物质，并随着时间的推移而不断增长。

研究合著者Anna-Christina Eilers表示：“当宇宙仍处于婴儿期时，这些黑洞的质量是太阳的数十亿倍”，麻省理工学院物理学助理教授在声明中说道。 “早期宇宙中的黑洞似乎比它们的宿主星系生长得更快。”

根据黑洞形成的标准路径，这些黑洞根本不应该有足够的时间变得如此之大，这增加了替代形成方法的可能性。

一种提议的机制是“直接崩溃”。在这个模型中，不是恒星坍缩产生黑洞，而是巨大的尘埃和气体云坍缩，完全绕过恒星阶段。从理论上讲，这可能会产生更大的黑洞（称为直接塌缩黑洞），使它们在进化上领先一步，比传统情况更早变成超大质量。尽管这仍然是一个理论，但天文学家在 2023 年宣布了第一个包含直接塌缩黑洞的候选星系。

尽管这些出乎意料的大黑洞的起源仍然未知，但这项工作让科学家们深入了解了早期宇宙中这些星系和类星体的发展。