詹姆斯·韦伯望远镜发现了已知宇宙中最古老的活跃黑洞

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)发现了迄今为止观测到的最遥远、最活跃的超大质量黑洞。这个黑洞恰好也是早期宇宙中观测到的质量最小的黑洞之一——大约相当于900万个太阳——这很难解释。

作为宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查的一部分，研究人员观察到这个活跃的超大质量黑洞所在的星系。这个星系被命名为CEERS 1019，它是138亿年前宇宙只有5.7亿年历史时的样子。

由德克萨斯大学奥斯汀分校天文学家史蒂文·芬克尔斯坦领导的研究小组还发现了另外两个在大爆炸后10亿到11亿年之间存在的黑洞，以及11个在宇宙历史上4.7亿到6.75亿年之间存在的星系。

芬克尔斯坦在一份声明中说:“到目前为止，对早期宇宙中物体的研究主要是理论上的。”“有了韦伯，我们不仅可以看到极端距离的黑洞和星系，我们现在可以开始精确地测量它们。这就是这台望远镜的巨大力量。”

该团队的研究结果代表了CEERS的首次发现，并于今年5月在《天体物理学杂志通讯》的特刊上发表了几篇论文。

一个贪婪的小黑洞

CEERS 1019中心的黑洞质量约为900万太阳质量。这听起来可能非常巨大，但许多超大质量黑洞可以增长到我们恒星质量的数十亿倍。然而，即使在这种相对较小的尺寸下，早期宇宙中存在如此质量的黑洞仍然是科学家们的一个谜。

这是因为超大质量黑洞的成长过程，无论是通过连续较大的黑洞之间的合并，还是通过贪婪地吞噬周围的物质，都应该比这个黑洞所经历的5.7亿年要长。这意味着，即使是银河系中心的黑洞，其质量约为太阳的450万倍，也只能在相对较近的宇宙中看到。

“用这台望远镜观察这个遥远的物体，就像观察我们附近星系中存在的黑洞的数据一样，”研究报告的合著者、德克萨斯大学奥斯汀分校的博士生丽贝卡·拉尔森在声明中说。

长期以来，科学家们一直怀疑早期宇宙中存在这样的超大质量黑洞，但直到2022年年中，JWST向宇宙打开了它的红外眼，才出现了明确的证据。

光发射显示黑洞CEERS 1019正在积极地以它周围的物质为食。像这样的黑洞被吸入气体和尘埃的漩涡所包围，这些气体和尘埃被称为吸积盘。不仅是黑洞的引力影响加热了这些物质，使圆盘发出明亮的光芒，而且强大的磁场将物质引导到黑洞的两极，在那里，物质偶尔会以接近光速的速度喷射出来，产生强烈的明亮的光。

进一步观察黑洞的强烈辐射可以揭示其宿主星系的成长速度，并可能对其神秘的过去有所了解。

“星系合并可能是推动这个星系黑洞活动的部分原因，这也可能导致恒星形成增加，”研究报告的合著者、CEERS团队成员、纽约罗切斯特理工学院天文学副教授Jeyhan Kartaltepe说。