出乎意料的是，大質(zhì)量黑洞主宰著遙遠(yuǎn)宇宙中的質(zhì)量主宰著遙宙中太原外圍模特經(jīng)紀(jì)人（外圍預(yù)約）（微信199-7144-9724）提供1-2線城市高端外圍預(yù)約快速安排30分鐘到達(dá)小星系。Credit: uux.cn/CfA/Melissa Weiss
（神秘的黑洞地球uux.cn）據(jù)哈佛史密森天體物理中心：天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)早期星系中心的超大質(zhì)量黑洞比預(yù)期的要大得多。這些令人驚訝的星系巨大黑洞為所有超大質(zhì)量黑洞的起源以及它們所在星系生命的早期階段提供了新的見(jiàn)解。
在附近的出乎成熟星系中，如我們的意料遠(yuǎn)宇銀河系，恒星的質(zhì)量主宰著遙宙中總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)星系中心發(fā)現(xiàn)的大黑洞的質(zhì)量，大約是黑洞1000比1。然而，星系太原外圍模特經(jīng)紀(jì)人（外圍預(yù)約）（微信199-7144-9724）提供1-2線城市高端外圍預(yù)約快速安排30分鐘到達(dá)在新發(fā)現(xiàn)的出乎遙遠(yuǎn)星系中，質(zhì)量差下降到100或10比1，意料遠(yuǎn)宇甚至1比1，質(zhì)量主宰著遙宙中這意味著黑洞可以等于其宿主星系恒星的黑洞質(zhì)量總和。
這張新生星系中出乎意料的星系巨大黑洞的照片來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局最新旗艦天文臺(tái)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)。在2021年底發(fā)射的JWST之前，天文學(xué)家通常將他們對(duì)遙遠(yuǎn)黑洞的研究局限于極其明亮的類星體，這些類星體由吞噬物質(zhì)的巨大黑洞組成，完全超越了它們所在星系的恒星。
“有了JWST，我們現(xiàn)在終于可以在遙遠(yuǎn)的小星系中觀察到質(zhì)量較低但仍然超大質(zhì)量的黑洞，我們也可以看到這些宿主星系中的恒星，”哈佛&史密森尼天體物理中心(CfA)的Clay研究員Fabio Pacucci說(shuō)。“這讓我們第一次能夠研究早期黑洞和它們的宿主星系，因?yàn)樗鼈円黄疬M(jìn)化。”
Pacucci是發(fā)表在天體物理學(xué)雜志Letters上的一項(xiàng)新研究的主要作者，報(bào)告了這些發(fā)現(xiàn)，并在路易斯安那州新奧爾良舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)第243屆會(huì)議上提交了這些結(jié)果。
“我們已經(jīng)知道，遙遠(yuǎn)的年輕星系違反了黑洞質(zhì)量和恒星質(zhì)量之間的關(guān)系，這種關(guān)系在附近的成熟星系中已經(jīng)得到了很好的確立:這些原始黑洞相對(duì)于它們宿主的恒星數(shù)量來(lái)說(shuō)無(wú)疑是過(guò)大的，”劍橋大學(xué)(英國(guó))教授兼該研究的合著者Roberto Maiolino說(shuō)。“有了JWST，將有可能通過(guò)找到比迄今為止發(fā)現(xiàn)的黑洞更遠(yuǎn)更小的黑洞來(lái)查明第一個(gè)超大質(zhì)量黑洞是如何形成的，我們的研究預(yù)測(cè)這些黑洞相當(dāng)豐富。”
在這項(xiàng)研究中，帕庫(kù)奇和他的同事們對(duì)一組21個(gè)星系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，這些星系距離我們大約120億至130億光年，并通過(guò)三次發(fā)表的JWST巡天進(jìn)行了觀察。
這21個(gè)星系擁有中心黑洞，其典型質(zhì)量估計(jì)是我們太陽(yáng)的幾千萬(wàn)或幾億倍——仍然超大質(zhì)量，但與迄今為止觀察到的大多數(shù)遙遠(yuǎn)類星體的黑洞相比微不足道，這些類星體的質(zhì)量是太陽(yáng)的幾十億倍。
“總的來(lái)說(shuō)，我們看到JWST觀測(cè)到的年輕星系中的黑洞比本地宇宙中的比例關(guān)系預(yù)測(cè)的要大10到100倍，”亞利桑那大學(xué)教授、該研究的合著者范曉輝說(shuō)。“與現(xiàn)在相比，100多億年前，早期星系中恒星質(zhì)量與黑洞質(zhì)量的比率要低得多。這一結(jié)果對(duì)研究第一批黑洞具有重要意義。”
準(zhǔn)確估計(jì)這個(gè)比率應(yīng)該有助于表明超大質(zhì)量黑洞前體——被稱為黑洞種子——是如何起源的。大體上，天文學(xué)家已經(jīng)勾勒出兩條主要路徑:“輕”或“重”種子。
輕黑洞種子的質(zhì)量相對(duì)較低，大約是太陽(yáng)質(zhì)量的100到1000倍。這些光種子可能是宇宙最初的巨大恒星的殘余物。另一方面，重黑洞的種子會(huì)有大約10，000到100，000個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。理論上，如此巨大的種子來(lái)自于巨大氣體云的直接重力坍縮。
重種子路線通過(guò)從更高的起點(diǎn)為增長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)，應(yīng)該有助于非常早期的超大質(zhì)量黑洞的及時(shí)形成，這些黑洞是研究小組在過(guò)去二十年中在越來(lái)越遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)的。對(duì)超大質(zhì)量黑洞的新發(fā)現(xiàn)證實(shí)了重種子的想法，因?yàn)閷?duì)這一路徑的模擬和理論計(jì)算預(yù)測(cè)，黑洞應(yīng)該與它們所在的年輕星系的恒星成分大致一樣大，甚至更大。
星系是如何圍繞原始黑洞種子形成和共同進(jìn)化的，仍然是一個(gè)懸而未決的天體物理學(xué)問(wèn)題。黑洞主要是通過(guò)吸入氣體，還是通過(guò)與其他黑洞合并而成長(zhǎng)的？恒星質(zhì)量是主要在星系內(nèi)部形成的，還是需要與其他更大的星系合并？帕庫(kù)奇和他的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，隨著更多的JWST研究，答案將開(kāi)始實(shí)現(xiàn)。
“隨著宇宙時(shí)間的推移，我們知道恒星與黑洞的質(zhì)量比逐漸趕上現(xiàn)代宇宙的1000比1。“這發(fā)生在黑洞和它的宿主星系一起進(jìn)化的時(shí)候，與其他星系合并，形成大量的恒星，”帕庫(kù)奇說(shuō)。“我們?nèi)栽谂Φ氖巧钊胗^察宇宙，拼湊出這一切是如何開(kāi)始的。”
除了范曉輝(Xiaohui Fan)和羅伯托·邁奧利諾(Roberto Maiolino)之外，該論文的合著者還有亞利桑那大學(xué)的鮑·阮(Bao Nguyen)和意大利比薩高等師范學(xué)院(Scuola Normale Superiore)的斯特凡諾·卡尼亞尼(Stefano Carniani)。所使用的JWST巡天是JWST高級(jí)深河外巡天(JADES)、宇宙演化早期釋放科學(xué)巡天(CEERS)和NIRSpec IFS星系集合巡天(GA-NIFS)。