黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体早期宇宙中似乎不可能存在超大质量黑洞，这已经是个问题了；詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了更早的超大质量黑洞星系，这只会让问题变得更糟。在最新的例子中，研究人员利用韦伯望远镜描述了一个由超大质量黑洞驱动的类星体，它存在于宇宙大爆炸后大约7.5亿年。它看起来正常得令人震惊。类星体是宇宙中最亮的天体，由主动进食的超大质量黑洞提供能量。它们周围的星系为它们提供了足够的物质，使它们形成了明亮的吸积盘和强大的喷流，两者都会释放出大量的辐射。它们通常有一部分被尘埃笼罩，尘埃吸收了黑洞释放的部分能量后会发光。这些类星体发出的辐射量非常大，最终会把附近的一些物质完全赶出星系。因此，早期宇宙中存在的这些特征将告诉我们，超大质量黑洞不仅存在于早期宇宙中，而且还与星系融为一体，就像近代的星系一样。但是要研究它们却非常困难。首先，我们发现的超大质量黑洞并不多；只有九颗类星体可以追溯到8亿年前的宇宙。由于距离太远，很难分辨出它们的特征，而且宇宙膨胀引起的红移将许多元素的强烈紫外线辐射带到了红外线深处。然而，韦伯望远镜是专门为探测早期宇宙中的天体而设计的，它对这种辐射出现的红外线波长非常敏感。因此，新的研究是基于将韦伯望远镜对准九个早期类星体中第一个被发现的类星体--J1120+0641。它看起来并没有什么与众不同，或者至少很像宇宙历史上最近时期的类星体。研究人员对类星体产生的连续辐射进行了分析，发现有明显迹象表明，类星体被嵌入了一个炙热的、布满尘埃的物质甜甜圈中，就像在后来的类星体中看到的那样。这种尘埃的温度略高于一些较新的类星体，但这似乎是这些天体在宇宙历史早期阶段的共同特征。来自吸积盘的辐射在发射光谱中也很明显。通过各种方法估算出的黑洞质量值是太阳质量的109倍，这显然是超大质量黑洞的范畴。还有证据表明，从某些辐射的轻微蓝移来看，类星体正在以大约每秒350公里的速度向外喷射物质。有几个奇怪的现象。一是物质似乎还在以每秒约300公里的速度向内坠落。这可能是由于吸积盘中的物质远离我们而旋转造成的。但如果是这样的话，在吸积盘的另一侧向我们旋转的物质也应该与之相匹配。这种现象在非常早期的类星体中也曾出现过几次，但研究人员承认这种效应的物理起源尚不清楚。他们提出的一种解释是，整个类星体都在移动，由于早先与另一个超大质量黑洞合并，类星体被震出了星系中心的位置。另一个奇怪的现象是，高度电离碳的外流速度也非常快，大约是类星体后期外流速度的两倍。这种情况以前也出现过，但也没有任何解释。尽管有些奇怪，但这个天体看起来很像近代的类星体，观测结果表明，尘埃环和（吸积盘）的复杂结构可以在宇宙大爆炸后不到760Myr的时间内在（超大质量黑洞）周围建立起来。同样，这也是个问题，因为它表明在宇宙历史的早期，就有一个超大质量黑洞与其宿主星系融为一体。黑洞要想达到这里所看到的大小，就必须突破所谓的"爱丁顿极限"--在产生的辐射驱赶掉邻近的物质、掐断黑洞的食物供应之前，黑洞所能吸入的物质数量。这说明有两种可能。一种是这些天体在其历史的大部分时间里摄取的物质远远超过了爱丁顿极限--这是我们没有观测到的，而且这颗类星体也绝对不是这样。另一种可能是，它们一开始的质量就很大（大约是太阳质量的104倍），并以更合理的速度不断进食。但我们并不清楚这么大的东西是如何形成的。因此，早期宇宙仍然是一个相当令人困惑的地方。DOI:10.1038/s41550-024-02273-0...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435229.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435229.htm

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究表明，黑洞的质量接近太阳质量的十亿倍，而宿主星系的质量几乎是太阳质量的一百倍，这一比例与近代宇宙中发现的情况相似。斯巴鲁望远镜和JWST的强大组合为研究遥远的宇宙铺平了一条新的道路。遥远宇宙中存在如此巨大的黑洞，给天体物理学家带来了更多的问题，而不是答案。宇宙如此年轻，这些黑洞怎么可能长得如此巨大？更令人费解的是，对本地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与它们所在的更大的星系之间存在着明显的关系。星系和黑洞的大小完全不同，那么是黑洞先出现还是星系先出现呢？这是一个宇宙尺度上的"先有鸡还是先有蛋"的问题。JWSTNIRCam3.6μm拍摄的HSCJ2236+0032图像。放大图像、类星体图像以及减去类星体光线后的宿主星系图像（从左到右）。每幅图像中都标明了以光年为单位的图像比例。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.由卡夫利宇宙物理与数学研究所（KavliIPMU）项目研究员丁旭恒和约翰-西尔弗曼教授，以及北京大学卡夫利天文与天体物理研究所（PKU-KIAA）卡夫利天体物理学研究员小野上正夫萨领导的国际研究团队，已经开始利用2021年12月发射的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）来回答这个问题。研究宇宙早期宿主星系和黑洞之间的关系可以让科学家观察它们的形成过程，了解它们之间的关系。类星体很亮，而它们的宿主星系却很暗，这使得研究人员很难在类星体的强光下探测到星系的暗光，尤其是在很远的距离上。在JWST出现之前，哈勃太空望远镜能够探测到明亮类星体的宿主星系，当时宇宙的年龄还不到30亿年，但已经不再年轻了。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜将其主镜完全展开，形成在太空中时的构型。图片来源：NASA/ChrisGunnJWST在红外波段的超高灵敏度和超清晰图像终于让研究人员能够将这些研究推向类星体和星系最初形成的时间。就在JWST开始正常运行几个月后，研究小组观测到了两颗类星体，分别是HSCJ2236+0032和HSCJ2255+0251，红移分别为6.40和6.34，当时宇宙的年龄大约为8.6亿年。这两颗类星体是在夏威夷毛纳凯亚山顶的8.2米苏巴鲁望远镜的深度巡天计划中发现的。这两颗类星体的光度相对较低，是测量宿主星系特性的主要目标，宿主星系的成功探测代表了迄今为止在类星体中探测到星光的最早时间。卡弗利IPMU项目研究员丁旭恒、约翰-西尔弗曼（JohnSilverman）教授和卡弗利天文学和天体物理学研究所（PKU-KIAA）卡弗利天体物理学研究员MasafusaOnoue（左起）。图片来源：卡弗里国际天文物理研究所、卡弗里国际天文物理研究所、MasafusaOnoue这两颗类星体的图像是用JWST的NIRCam仪器以3.56和1.50微米的红外波长拍摄的，在仔细建模并减去来自吸积黑洞的眩光后，宿主星系变得清晰可见。在JWST的近红外光谱仪为J2236+0032拍摄的光谱中也可以看到宿主星系的恒星特征，这进一步支持了宿主星系的探测。对宿主星系光度的分析发现，这两个类星体宿主星系的质量很大，分别是太阳质量的1300亿倍和340亿倍。通过近红外光谱仪光谱对类星体附近湍流气体速度的测量表明，为类星体提供能量的黑洞质量也很大，分别是太阳质量的14亿倍和2亿倍。黑洞质量与宿主星系质量之比类似于近期星系的质量，这表明黑洞与其宿主星系之间的关系在宇宙大爆炸后8.6亿年就已经存在了。丁、西尔弗曼、奥努埃和他们的同事将利用计划中的第一周期JWST观测，用更大的样本继续这项研究，这将进一步制约黑洞及其宿主星系共同演化的模型。研究小组最近得知，他们已经获得了JWST在下一个周期的额外时间来研究黑洞及其宿主星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381743.htm

詹姆斯-韦伯首次发现来自古代类星体的星光

詹姆斯-韦伯首次发现来自古代类星体的星光他们观察到的这两个星系是在我们的宇宙还不到10亿年的时候看到的。我们的宇宙现在估计大约有138亿年的历史，这使得这些星系成为我们迄今为止所观察到的最古老的星系之一。据报道，天文学家说，来自这些星系的光需要129亿和128亿年才能到达地球。詹姆斯-韦伯太空望远镜观察到的类星体HSCJ2236+0032。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.)对这些古老类星体的观测显示，这些星系的质量是太阳的1300亿到300亿倍，而这些星系中的黑洞的质量是14亿太阳质量和2亿太阳质量。这些信息不仅对这些早期星系具有启发性，而且还表明这些早期星系及其黑洞的质量与我们在观察更近期的星系时所看到的相似。我们认为类星体是我们宇宙中最极端的天体之一，这是有原因的。这些实体由超大质量黑洞提供动力，周围是尘埃和气体，其中大部分被吸附到它们所在的星系中心的黑洞上。类星体因其明亮的光线而特别出名，虽然所有的星系都有超大质量黑洞，但并非所有这些黑洞都成为类星体。虽然天文学家认为这些超大质量黑洞的质量在某种程度上与一连串的星系合并有关，这些星系合并为中心的黑洞提供了能量，从而产生了驱动类星体所需的强大实体，但类星体的成因仍然是一个谜。这个新发现帮助我们看到这些古老的类星体可以在多远的地方被发现，尽管如此，这对那些试图揭开早期宇宙之谜的人来说是令人兴奋的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368413.htm

意外的双类星体被发现：一对合并的星系在碰撞过程中引燃了黑洞

意外的双类星体被发现：一对合并的星系在碰撞过程中引燃了黑洞类星体是宇宙中最明亮的焰火之一。它们散布在天空中，闪烁着超过1000亿颗恒星的光辉。而且，就像7月4日灿烂的空中信号弹一样，它们的耀眼时间相对短暂--在宇宙的时间尺度上。这是因为它们由贪婪的超大质量黑洞提供动力，吞噬了大量被加热到高温的气体和灰尘。但是类星体的"自助餐"只能持续这么长时间。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353351.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353351.htm

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜科学家们已经揭开了类星体--宇宙中最明亮、最强大的天体--的最大谜团之一，发现它们是由星系碰撞引发的：类星体在60年前首次被发现，其亮度相当于一万亿颗恒星挤在太阳系大小的空间里，但直到现在，什么能引发如此强大的活动仍然是个谜。通过观察48个拥有类星体的星系，并将它们与100多个非类星体的星系进行比较，科学家们发现，这种现象是由星系碰撞引发的。当两个星系相撞时，引力将大量的气体推向碰撞产生的残余星系系统中心的超大质量黑洞--就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体。银河系在大约50亿年后与仙女座星系相撞时，可能会经历自己的类星体。当研究人员使用拉帕尔马的艾萨克-牛顿望远镜进行深度成像观测时，发现了这些碰撞，在星系的外部区域存在着扭曲的结构，这些结构是类星体的家园。大多数星系在其中心都有超大质量黑洞。它们也包含大量的气体--但大多数时候，这些气体在距离星系中心很远的地方运行，不在黑洞的范围内。星系之间的碰撞将气体推向星系中心的黑洞；就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体特有的光辉。类星体的点燃会对整个星系产生巨大的影响--它可以将其余的气体赶出星系，这使得星系在未来的几十亿年里都无法形成新的恒星。这是第一次以如此高的灵敏度对这种规模的类星体样本进行成像。通过比较对48个类星体及其宿主星系的观测和100多个非类星体星系的图像，研究人员得出结论，宿主类星体的星系与其他星系相互作用或碰撞的可能性大约是三倍。这项研究为我们了解这些强大的天体是如何被触发和推动的提供了一个重要的步骤。谢菲尔德大学物理和天文学系的CliveTadhunter教授说："类星体是宇宙中最极端的现象之一，我们所看到的可能代表了我们自己的银河系在大约50亿年后与仙女座星系碰撞时的未来。观察这些事件并最终了解它们发生的原因是令人兴奋的--但值得庆幸的是，在相当长的一段时间内，地球不会接近这些世界末日事件之一。"类星体对天体物理学家来说很重要，因为由于它们的亮度，它们在很远的距离上就很突出，因此作为宇宙历史上最早的时代的灯塔。赫特福德大学的博士后研究员乔尼-皮尔斯博士解释说："这是一个全世界的科学家都热衷于了解的领域--美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的主要科学动机之一就是研究宇宙中最早的星系，而韦伯甚至能够探测到最遥远的类星体发出的光，这些光是在近130亿年前发出的。类星体在我们了解宇宙的历史方面起着关键作用，也可能是银河系的未来"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356819.htm

钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期

钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期这些图像的中心是类星体H1821+643，这是一个快速增长的超大质量黑洞，天文学家们发现，尽管它产生了强烈的辐射，并在甚大阵列的射电数据中看到了粒子喷流，但它的表现并不尽如人意。资料来源：X射线：NASA/CXC/Univ.ofNottingham/H.Russelletal：NSF/NRAO/VLA；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk这颗类星体被称为H1821+643，距离地球约34亿光年。类星体是一类罕见而极端的超大质量黑洞，它们疯狂地向内拉扯物质，产生强烈的辐射，有时还会产生强大的喷流。H1821+643是星系团中距离地球最近的类星体。类星体对周围环境的影响类星体与星系团中心的其他超大质量黑洞不同，它们能以更高的速度吸入更多的物质。天文学家发现，以中等速度生长的非类星体黑洞通过阻止银河系间炽热气体过度冷却来影响周围环境。这就调节了黑洞周围恒星的生长。然而，类星体的影响却不那么为人所知。这项关于H1821+643的新研究表明，类星体尽管如此活跃，但在推动其宿主星系和星团命运方面的作用可能没有一些科学家想象的那么重要。详细研究揭示惊人发现为了得出这一结论，研究小组利用钱德拉望远镜对H1821+643及其宿主星系所笼罩的高温气体进行了研究。然而，来自类星体的明亮X射线使得研究来自高温气体的较弱X射线变得十分困难。研究人员小心翼翼地移除了X射线眩光，以揭示黑洞的影响，这反映在新的合成图像中，显示了类星体周围星团中高温气体发出的X射线。这让他们看到类星体实际上对其周围环境几乎没有影响。研究小组利用钱德拉望远镜发现，银河系中心黑洞附近的气体密度比距离黑洞较远的区域要高得多，气体温度也低得多。科学家们预计，当几乎没有能量输入（通常来自黑洞的爆发）来阻止高温气体冷却并流向星系团中心时，高温气体就会有这样的表现。描述这些结果的论文已被《皇家天文学会月刊》接受，并可在线查阅。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425711.htm