韦伯望远镜的"红外之眼"以生动的细节揭示黑洞奥秘

韦伯望远镜的"红外之眼"以生动的细节揭示黑洞奥秘 这幅詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄的类星体 RX J1131-1231 的图像突出显示了引力透镜的作用，它放大了类星体，从而可以对其特性和周围的暗物质进行详细研究。X 射线辐射表明黑洞正在快速旋转，很可能是由于星系合并造成的。资料来源：ESA/Webb、NASA & CSA、A. Nierenberg它被认为是迄今为止发现的透镜效果最好的类星体之一，因为前景星系将背景类星体的图像涂抹成了一个明亮的弧形，并形成了该天体的四幅图像。引力透镜最早是由爱因斯坦预测的，它提供了一个难得的机会来研究遥远类星体中靠近黑洞的区域，它就像一个天然望远镜，可以放大这些光源发出的光。宇宙中的所有物质都会扭曲自身周围的空间，质量越大，产生的影响就越大。在质量非常大的天体（如星系）周围，经过附近的光线会沿着这种扭曲的空间移动，看起来会明显偏离原来的轨迹。引力透镜的后果之一是它可以放大遥远的天体，让天文学家研究那些原本过于暗淡或遥远的天体。詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄到了位于 60 亿光年之外的类星体 RX J1131-1231 的图像，展示了引力透镜的效果，将遥远的类星体放大成一个明亮的弧线和多幅图像。图片来源：ESA/Webb、NASA & CSA、A. Nierenberg对类星体发出的 X 射线进行测量，可以显示中心黑洞的旋转速度，这为研究人员提供了有关黑洞如何随时间增长的重要线索。例如，如果黑洞主要是通过星系间的碰撞和合并成长起来的，那么它应该在一个稳定的圆盘中积累物质，而来自圆盘的新物质的稳定供应应该会导致黑洞快速旋转。另一方面，如果黑洞是通过许多小的吸积事件成长起来的，它就会从随机的方向积累物质。观测结果表明，这个特殊类星体中的黑洞旋转速度超过光速的一半，这表明这个黑洞是通过合并而生长的，而不是从不同方向吸积物质。这张照片是用韦伯望远镜的中红外成像仪（MIRI）拍摄的，是暗物质研究观测计划的一部分。暗物质是一种看不见的物质，占宇宙质量的大部分。韦伯望远镜对类星体的观测使天文学家能够以前所未有的小尺度探测暗物质的性质。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密 罗格斯大学的天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了沃尔夫-伦德马克-梅洛特星系，揭开了宇宙早期恒星形成的历史。他们的发现为星系如何演化以及温度在恒星形成中的作用提供了新的见解。资料来源：美国国家航空航天局面向宇宙的“考古发掘”艺术与科学学院物理与天文学系助理教授克里斯汀-麦奎恩（Kristen McQuinn）说："通过如此深入的观察和如此清晰的观察，我们已经能够有效地回到过去，基本上是在进行一种考古挖掘，寻找宇宙历史早期形成的低质量恒星。"她领导的这项研究发表在《天体物理学报》。McQuinn认为，罗格斯大学高级研究计算办公室管理的Amarel高性能计算集群使研究小组能够计算银河系的恒星发展史。这项研究的一个方面是将一次大规模计算重复600次。她补充说，这项重大计算工作还有助于确认望远镜校准和数据处理程序，这将使更广泛的科学界受益。WLM星系部分区域的两幅景象，一幅由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄（左），另一幅由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。图片来源：Science：NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn (RU), Image Processing：Zolt G. Levay（STScI），Alyssa Pagan（STScI）低质量星系的重要性麦奎恩对所谓的"低质量"星系特别感兴趣。因为它们被认为是早期宇宙的主宰，研究人员可以利用它们来研究恒星的形成、化学元素的演化以及恒星形成对星系气体和结构的影响。它们很微弱，分布在天空中，构成了本地宇宙中的大多数星系。像韦伯望远镜这样先进的望远镜让科学家们能够近距离观察它们。WLM是德国天文学家马克斯-沃尔夫（Max Wolf）于1909年发现的一个"不规则"星系，这意味着它不具有明显的形状，如螺旋形或椭圆形，瑞典天文学家克努特-伦德马克（Knut Lundmark）和英国天文学家菲力伯特-雅克-梅洛特（Philibert Jacques Melotte）于1926年对它进行了更详细的描述。它位于本星系群的外围，本星系群是一个哑铃状的星系群，其中包括银河系。麦奎因指出，由于位于本星系群的边缘，WLM免受了与其他星系交融的破坏，使其恒星群处于原始状态，有利于研究。天文学家之所以对WLM感兴趣，还因为它是一个充满活力的复杂星系，拥有大量气体，能够积极地形成恒星。WLM 银河系中的恒星形成为了了解银河系恒星形成的历史即恒星在宇宙不同时期的诞生速度，麦奎恩和她的团队利用这架望远镜煞费苦心地将包含成千上万颗恒星的天空区域归零。为了确定恒星的年龄，他们测量了恒星的颜色（代表温度）和亮度。麦奎因说："我们可以利用我们对恒星演化的了解，以及这些颜色和亮度所表明的情况，基本上确定星系恒星的年龄。"研究人员随后对不同年龄的恒星进行了计数，并绘制出了宇宙历史上恒星的诞生率。以这种方式对恒星进行编目向研究人员表明，随着时间的推移，WLM 产生恒星的能力在起伏。研究小组的观测结果证实了科学家们早些时候利用哈勃太空望远镜所做的评估，这些观测结果表明，在宇宙历史的早期，该星系曾在30亿年的时间里产生过恒星。它停顿了一段时间，然后又重新点燃。她相信这种停顿是由早期宇宙的特定条件造成的："那时的宇宙真的很热。我们认为，宇宙的温度最终加热了这个星系中的气体，使恒星的形成一度停止。冷却期持续了几十亿年，然后恒星形成再次开始。"这项研究是美国国家航空航天局"早期发布计划"的一部分，该计划指定科学家与太空望远镜科学研究所合作开展研究，旨在突出韦伯的能力，帮助天文学家为未来的观测做好准备。美国国家航空航天局于 2021 年 12 月发射了韦伯望远镜。这个大型镜面仪器在距离地球一百万英里的地方围绕太阳运行。科学家们争先恐后地在望远镜上研究一系列课题，包括早期宇宙的状况、太阳系的历史以及系外行星的搜寻。麦奎因说："这项计划将产生许多尚未完成的科学成果。"相关文章:韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子 ... PC版： 手机版：

NASA斯皮策望远镜发现仙女座超大质量黑洞的进食习惯

NASA斯皮策望远镜发现仙女座超大质量黑洞的进食习惯 这些仙女座星系的图像使用的是美国宇航局退役的斯皮策太空望远镜的数据。上图显示了多个波长的图像，揭示了恒星、尘埃和恒星形成的区域。下图只显示了尘埃，更容易看到星系的底层结构。资料来源：NASA/JPL-Caltech在美国国家航空航天局（NASA）退役的斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）拍摄的图像中，数千光年长的尘埃流流向仙女座星系中心的超大质量黑洞。原来，这些尘埃流可以帮助解释质量是太阳数十亿倍的黑洞是如何饱餐一顿，却又"安静"地吃东西的。当超大质量黑洞吞噬气体和尘埃时，这些物质在掉入黑洞之前会被加热，从而产生令人难以置信的光影效果有时比整个星系的恒星还要亮。当物质以不同大小的团块形式被吞噬时，黑洞的亮度就会发生波动。但是，位于银河系（地球的母星系）和仙女座（我们最近的星系邻居之一）中心的黑洞是宇宙中最安静的吞噬者之一。它们发出的微弱光线在亮度上没有明显变化，这表明它们吃的是少量但稳定的食物流，而不是大块的食物。这些食物流以螺旋的方式一点一点地接近黑洞，就像水流顺着下水道旋转一样。今年早些时候发表的一项研究将"安静的超大质量黑洞以稳定的气体流为食"这一假设应用到了仙女座星系。作者利用计算机模型模拟了仙女座超大质量黑洞附近的气体和尘埃随着时间的推移会有怎样的表现。模拟结果表明，超大质量黑洞附近可能会形成一个小的热气体盘，并不断为其提供能量。无数的气体和尘埃流可以补充和维持这个圆盘。但研究人员也发现，这些气流必须保持在一个特定的大小和流速范围内；否则，物质会以不规则的团块形式落入黑洞，造成更多的光波动。这张仙女座星系中心的特写照片是由美国宇航局退役的斯皮策太空望远镜拍摄的，上面用蓝色虚线标注了两股尘埃流流向星系中心的超大质量黑洞（用紫色圆点表示）的路径。资料来源：NASA/JPL-Caltech当作者将他们的发现与来自斯皮策和美国宇航局哈勃太空望远镜的数据进行比较时，他们发现斯皮策之前识别出的尘埃螺旋符合这些限制条件。由此，作者得出结论，这些螺旋体正在为仙女座的超大质量黑洞提供能量。加那利群岛天体物理研究所和慕尼黑大学天文台的天体物理学家阿尔穆德纳-普列托（Almudena Prieto）是今年发表的研究报告的共同作者之一。"我们有了20年前的数据，这些数据告诉了我们一些我们最初收集这些数据时没有意识到的东西。"斯皮策号于2003年发射升空，由美国宇航局喷气推进实验室（JPL）负责管理，它利用人眼看不见的红外光研究宇宙。不同的波长显示了仙女座的不同特征，包括较热的光源（如恒星）和较冷的光源（如尘埃）。通过分离这些波长并单独观察尘埃，天文学家可以看到星系的"骨架"气体凝聚和冷却的地方，有时会形成尘埃，为恒星的形成创造了条件。仙女座星系的这一景象给我们带来了一些惊喜。例如，虽然仙女座星系和银河系一样是一个螺旋星系，但它的中心是一个巨大的尘埃环，而不是环绕其中心的明显的臂。图像还显示，在环的一部分有一个二级洞，一个矮星系从那里穿过。仙女座靠近银河系，这意味着从地球上看它比其他星系更大： 用肉眼看，仙女座的宽度大约是月球宽度的六倍（约3度）。即使斯皮策望远镜的视场比哈勃望远镜更宽，它也必须拍摄 11000 张快照，才能绘制出仙女座的全貌。JPL 为位于华盛顿的美国宇航局科学任务局管理斯皮策太空望远镜任务，直到该任务于 2020 年 1 月退役。科学运作在加州理工学院的斯皮策科学中心进行。航天器的运行由位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德-马丁航天公司负责。数据存档在加州理工学院 IPAC 管理的红外科学档案馆。加州理工学院为美国国家航空航天局管理 JPL。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成

欧空局XMM-牛顿号天文望远镜探测到黑洞风阻碍了恒星的形成 这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。图片来源：欧空局每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞，它巨大的引力从周围吸入气体。当气体向内盘旋时，会在黑洞周围形成一个扁平的"吸积盘"，并在那里发热和发光。随着时间的推移，最靠近黑洞的气体越过了不归点，被吞噬殆尽。然而，黑洞只会吞噬一部分向其旋转的气体。在环绕黑洞的过程中，一些物质会被甩回太空，就像一个蹒跚学步的孩子会把盘子里的东西打翻一样。在更戏剧性的情况下，黑洞会把整个餐桌掀翻：吸积盘中的气体以极快的速度向四面八方飞散，以至于周围的星际气体都被清空了。这不仅剥夺了黑洞的食物，还意味着在大片区域内无法形成新的恒星，从而改变了星系的结构。耀眼的蓝色恒星环绕着这个螺旋星系明亮、活跃的核心。它被称为马卡里安 817，位于 4.3 亿光年外的天龙座北部。在远离中心的地方，这个星系显示出强烈的恒星形成区，以及沿着旋臂的星际尘埃暗带。银河系中心的怪兽黑洞的质量是太阳的 4000 万倍。它被一个巨大的物质圆盘包围着，超大质量黑洞正以每小时数百万公里的速度向太空喷射物质。这可以从银河系中心闪耀的明亮白光中看到。这张 NASA/ESA 哈勃太空望远镜图片是 2009 年 8 月 2 日用广角相机 3 拍摄的。图片来源：NASA、ESA 和哈勃 SM4 ERO 小组前所未有的观察在此之前，这种超快的"黑洞风"只在极其明亮的吸积盘中被探测到，因为吸积盘吸积物质的能力已经达到极限。这一次，XMM-牛顿在一个非常普通的星系中探测到了超快的风，可以说它"只是在吃零食"。"如果把风扇开到最大，你可能会预料到风速会非常快。在我们研究的这个名为马尔卡里安817的星系中，风扇的功率设置较低，但仍然产生了能量惊人的风。"本科生研究员米兰达-扎克（密歇根大学）指出，她在这项研究中发挥了核心作用。"观测到超高速风是非常罕见的，而探测到具有足够能量来改变其宿主星系特征的风就更少见了。马尔卡里安817在并不特别活跃的情况下，产生这些风的时间长达一年左右，这一事实表明，黑洞对其宿主星系的重塑可能远远超出人们的想象，"合著者、意大利罗马特雷大学天文学家埃利亚斯-卡蒙（Elias Kammoun）补充说。XMM-牛顿（X-射线多镜任务）太空望远镜的艺术效果图。图片来源：D. Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO被风阻挡的 X 射线活跃的星系中心会发出包括 X 射线在内的高能量光线。马卡里安 817 让研究人员眼前一亮，因为它变得异常安静。米兰达利用美国宇航局的斯威夫特天文台观测了这个星系："X射线信号如此微弱，以至于我确信自己做错了什么！"利用欧空局更灵敏的X射线望远镜XMM-牛顿进行的后续观测揭示了真实情况：来自吸积盘的超高速风就像一块裹尸布，挡住了从黑洞周围（称为日冕）发出的X射线。这些测量结果得到了美国宇航局NuSTAR望远镜观测结果的支持。对 X 射线测量结果的详细分析显示，马尔卡里安 817 的中心并没有发出一"股"气体，而是在吸积盘的广大区域内产生了一股狂风。这股风暴持续了数百天，至少由三种不同的成分组成，每种成分的运动速度都是光速的几分之一。这幅艺术家的作品展示了从马卡里安 817 星系中心喷出的超高速风。这些风以每小时数百万公里的速度从广阔的太空区域中清除星际气体。没有了这些气体，星系就无法形成新的恒星，星系中心的黑洞也就没有什么可吃的了。插图显示了银河系中心的情况。一个超大质量黑洞从周围吸入气体，形成一个炙热、明亮的"吸积盘"（橙色）。造成风（白色）的原因是圆盘内的磁场，它以难以置信的高速将粒子抛向四面八方。这些风有效地阻挡了黑洞周围极热等离子体（称为日冕）发出的 X 射线（蓝色）。这解决了我们在理解黑洞和黑洞周围星系如何相互影响方面的一个未解之谜。包括银河系在内的许多星系，其中心周围似乎都有大片区域，但在这些区域中却很少有新恒星形成。这可以用黑洞风清除恒星形成气体来解释，但这只有在黑洞风的速度足够快、持续时间足够长，并且是由具有典型活动水平的黑洞产生的情况下才可行。"黑洞研究中的许多悬而未决的问题都需要通过长时间的观测来捕捉重要事件。这凸显了XMM-牛顿任务对未来的极端重要性。"欧空局XMM-牛顿项目科学家诺伯特-沙特尔（Norbert Schartel）说："没有其他任务能够将高灵敏度和长时间、不间断观测的能力结合起来。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

詹姆斯韦伯空间望远镜发布1周年纪念照

詹姆斯韦伯空间望远镜发布1周年纪念照 为纪念韦伯望远镜正式运行一周年，NASA 发布了一张由韦伯望远镜拍摄的蛇夫座 Rho 云复合体照片，Rho 云复合体距离地球仅 390 光年，这是离我们最近的恒星幼儿园之一。 所谓恒星幼儿园只要指的就是大型云团，在星系中如果有区域存在大量分子云，那么随着时间的推移，叠加周边的引力扰动，这些分子云会逐渐聚集，然后慢慢形成更大的物体，然后继续聚集最终形成原恒星。来源 ，， 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

幼年即巨人 韦伯望远镜揭示超大质量黑洞的成长过程

幼年即巨人 韦伯望远镜揭示超大质量黑洞的成长过程 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）在服役的第一年里，在我们夜空的一个极小区域里发现了一堆小红点，这可能是一个意想不到的突破。通过老式哈勃太空望远镜的"眼睛"，这些天体与普通星系无法区分。"JWST并不是为这一特定目的而开发的，但它帮助我们确定了在宇宙遥远的过去发现的微弱的小红点是质量极大的黑洞的小型版本。这些特殊的天体可能会改变我们对黑洞起源的看法，"该研究的第一作者、奥地利科学技术研究所（ISTA）助理教授乔瑞特-马特希（Jorryt Matthee）说。"目前的发现可能会让我们离解答天文学中最大的难题之一更近一步： 根据目前的模型，早期宇宙中的一些超大质量黑洞只是生长得'太快'了。那么它们是如何形成的呢？"巨型类星体和小红点。NASA/ESA/CSA 詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）NIRCam拍摄的发光类星体J1148+5251的照片，这是一个极其罕见的100亿太阳质量的活跃超大质量黑洞。类星体的光是橙色的星状光源，有六个清晰的衍射尖峰，是在 130 亿年前发出的。年轻宇宙中存在如此巨大的黑洞，对黑洞和星系形成理论提出了重要挑战。与此同时，图像还捕捉到了小的点状红色物体，即所谓的小红点。几乎每一张 JWST 的深空图像中都会出现几个这样的天体。与类星体 J1148+5251 一样，这些天体发出的光（在这些情况下是 125 亿年前发出的）也是由超大质量黑洞驱动的。不过，这些黑洞的质量要低一百到一千倍，而且被尘埃严重遮挡（使其呈现红色）。这些小红点可能代表了处于类星体发光阶段之前的演化阶段的星系，因此有助于研究人员了解超大质量黑洞在遥远星系中的形成和作用。该图像是 EIGER 项目的一部分。资料来源：NASA、ESA、CSA、J. Matthee（ISTA）、R. Mackenzie（苏黎世联邦理工学院）、D. Kashino（日本国家天文台）、S. Lilly（苏黎世联邦理工学院）宇宙的不归点长期以来，科学家们一直认为黑洞是一种数学奇观，直到它们的存在变得越来越明显。这些奇特的宇宙无底洞可能具有如此紧凑的质量和强大的引力，以至于任何东西都无法逃脱它们的吸引力它们吸进任何东西，包括宇宙尘埃、行星和恒星，并使其周围的空间和时间发生变形，以至于连光都无法逃脱。爱因斯坦一个多世纪前发表的广义相对论预言，黑洞可以有任何质量。其中一些最引人入胜的黑洞是超大质量黑洞（SMBHs），它们的质量可以达到太阳质量的数百万到数十亿倍。天体物理学家一致认为，几乎每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。人马座 A* 是银河系中心的一个 SMBH，其质量是太阳的 400 多万倍，这一证据获得了 2020 年诺贝尔物理学奖。质量太大，不可能存在然而，并非所有的 SMBH 都是一样的。人马座 A* 可以比作一座沉睡的火山，而有些 SMBH 则通过吞噬天文数字级的物质而极速增长。因此，它们变得非常明亮，直到不断膨胀的宇宙边缘都能观测到它们。这些 SMBH 被称为类星体，是宇宙中最亮的天体之一。"类星体的一个问题是它们中的一些似乎质量过大，从观测类星体的宇宙年龄来看质量太大。我们称它们为'问题类星体'，"Matthee说。"如果我们考虑到类星体起源于大质量恒星的爆炸而且我们从一般物理定律中知道了它们的最大增长速度，那么其中一些类星体的增长速度看起来超过了可能的范围。这就好比一个五岁的孩子长到了两米高。"他解释说。SMBH的生长速度可能比我们最初想象的还要快吗？或者它们的形成方式不同？Jorryt Matthee，奥地利科技研究所（ISTA）助理教授巨型宇宙怪兽的小型版本现在，Matthee 和他的同事们确定了在 JWST 图像中以小红点形式出现的天体群。同时，他们还证明这些天体是 SMBH，但不是质量过大的 SMBH。确定这些天体是SMBH的关键在于探测到了具有宽线剖面的Hα光谱发射线。Hα 线是可见光深红色区域的光谱线，是氢原子受热时发出的。光谱的宽度可追踪气体的运动。"Hα线的基底越宽，气体的速度就越高。因此，这些光谱告诉我们，我们看到的是一个非常小的气体云，它的运动速度非常快，并围绕着像 SMBH 这样质量非常大的东西运行，"Matthee 说。然而，这些小红点并不是在超大质量 SMBH 中发现的巨大宇宙怪兽。"'问题类星体'是蓝色的，非常明亮，质量是太阳的数十亿倍，而小红点更像是'类星体宝宝'。它们的质量介于一千万到一亿个太阳质量之间。此外，它们呈现红色是因为它们布满了尘埃。灰尘遮住了黑洞，使颜色变红，"Matthee 说。但最终，从黑洞中流出的气体将刺破尘茧，巨行星将从这些小红点中演化出来。因此，这位 ISTA 天体物理学家和他的团队认为，这些小红点是巨型蓝色 SMBH 的红色小版本，处于问题类星体出现之前的阶段。"更详细地研究超大质量SMBH的婴儿版，将让我们更好地了解问题类星体是如何存在的。"一项"突破性"技术Matthee和他的团队之所以能找到婴儿类星体，要归功于EIGER（再电离纪元中的发射线星系和星系间气体）和FRESCO（第一再电离纪元光谱完整观测）合作项目获得的数据集。这些都是Matthee参与的一个大型和一个中型 JWST 计划。去年12月，《物理世界》杂志将EIGER列为2023年年度十大突破之一。"EIGER旨在专门研究罕见的蓝色超大质量类星体及其环境。它并不是为了寻找小红点而设计的。但我们在同一个数据集中偶然发现了它们。这是因为，通过使用 JWST 的近红外相机，EIGER 获取了宇宙中所有天体的发射光谱，"Matthee 说。"如果你竖起食指并完全伸直手臂，我们探索的夜空区域大约相当于你指甲表面的二十分之一。到目前为止，我们可能只触及了表面。"Matthee相信，目前的研究将开辟许多途径，并有助于回答一些有关宇宙的重大问题。"黑洞和 SMBH 可能是宇宙中最有趣的东西。很难解释它们为什么存在，但它们确实存在。我们希望这项工作能帮助我们揭开宇宙最大的神秘面纱之一。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：