宇宙泰坦:天文学家揭开超大质量黑洞的起源

宇宙泰坦:天文学家揭开超大质量黑洞的起源超大质量黑洞(SMBH;中心的小黑点)会吸收周围的物质,这些物质在流入黑洞时会形成一个螺旋状的圆盘。物质的引力能量转化为辐射,并从圆盘中发射出去。具有这种闪亮外围的SMBH被称为"类星体"。资料来源:松冈良树这种密切的关系意味着星系和SMBH是共同进化的。因此,揭示SMBH的起源不仅对了解SMBH本身至关重要,而且对阐明可见宇宙的主要组成部分--星系的形成过程也至关重要。解决这个问题的关键在于早期宇宙,在早期宇宙中,自宇宙大爆炸(即宇宙开始)以来所经过的时间还不到十亿年。由于光速有限,我们可以通过观测遥远的宇宙来回顾过去。当宇宙只有十亿岁或更小的时候,SMBH是否就已经存在了呢?我们用斯巴鲁望远镜拍摄的夜空照片示例。放大图像中心的小红点代表来自遥远类星体的光线,它存在于宇宙8亿岁时(130亿光年远)。图片来源:日本国立天文台黑洞是否有可能在如此短的时间内获得如此大的质量(超过一百万太阳质量,有时甚至达到数十亿太阳质量)?如果可能,其基本物理机制和条件是什么?要接近SMBH的起源,我们需要观测它们,并将它们的特性与理论模型的预测进行比较。要做到这一点,首先需要确定它们在天空中的位置。研究小组利用位于夏威夷毛纳凯亚山顶的斯巴鲁望远镜进行了本次研究。斯巴鲁望远镜最大的优势之一就是它的宽视场观测能力,这一点特别适合这项研究。由于超巨型天体不发光,研究小组寻找的是一种被称为"类星体"的特殊类别--超巨型天体的外围闪闪发光,下沉物质在那里释放引力能量。他们观测了相当于5000倍满月的广阔天空区域,成功发现了162个居住在早期宇宙中的类星体。其中,22个类星体存在于宇宙年龄不到8亿年的时代,这是迄今为止发现类星体的最古老时期。由于发现了大量类星体,他们得以确定最基本的测量方法,即"光度函数",它描述了类星体的空间密度与辐射能量的函数关系。他们发现,类星体在宇宙早期的形成速度非常快,而光度函数的整体形状(除振幅外)却随着时间的推移而保持不变。光度函数描述了空间密度(纵轴为Φ)与辐射能量(横轴为M1450)的函数关系。天文学家绘制了在宇宙年龄为8亿年(红点)、9亿年(绿菱形)、12亿年(蓝方)和15亿年(黑三角)时观测到的类星体的光度函数。曲线代表最佳拟合函数形式。类星体的空间密度随着时间的推移急剧上升,而光度函数的形状几乎没有变化。资料来源:《天体物理学杂志通讯》,949,L42,2023年光度函数的这一特征行为为理论模型提供了强有力的约束,这些理论模型最终可以重现所有观测数据,并描述SMBH的起源。另一方面,众所周知,宇宙在其早期经历了被称为"宇宙再电离"的重大相变。过去的观测表明,整个星系际空间在这一事件中被电离。电离能量的来源仍有争议,类星体的辐射被认为是一个有希望的候选者。通过对上述光度函数进行积分,我们发现类星体在早期宇宙中每侧1光年的单位体积内每秒发出1028个光子。这还不到当时维持星系际空间电离状态所需的光子的1%,因此表明类星体对宇宙再电离的贡献微乎其微。根据最近的其他观测结果,这可能是正在形成的星系中来自大质量热恒星的综合辐射。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381157.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1381157.htm

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天文学家利用韦伯望远镜识别宇宙网最早的线缕

天文学家利用韦伯望远镜识别宇宙网最早的线缕研究小组认为,这个丝状结构最终将演变成一个巨大的星系团,就像"附近"宇宙中著名的红缨星系团一样。研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》(TheAstrophysicalJournalLetters)上的两篇论文中。"这是人们发现的最早的与遥远类星体相关的丝状结构之一,"亚利桑那大学斯图尔特天文台助理研究教授、第一篇论文的第一作者王飞说。王还说,这是第一次在宇宙中如此早期的时间观测到这种结构,而且是三维细节观测。这幅由韦伯近红外相机(Webb'sNIRCam)拍摄的深层星系景象显示了10个遥远星系的排列,这些星系由八个白色圆圈标记,呈对角线状。(这个长达300万光年的丝状结构由一个非常遥远、非常明亮的类星体支撑着--类星体的核心是一个活跃的超大质量黑洞。这颗类星体名为J0305-3150,位于图像右侧三个圆圈的中间。它的亮度超过了它的宿主星系。这10个被标记的星系在宇宙大爆炸后仅存在了8.3亿年。研究小组相信,这个丝状星系最终会演化成一个巨大的星系团。图片来源:NASA、ESA、CSA、FeigeWang(亚利桑那大学),图像处理:约瑟夫-德帕斯卡尔(STScI)星系并不是随意散布在宇宙中的。它们不仅聚集成星团和星块,还形成了巨大的相互连接的丝状结构,中间被巨大的荒芜空洞隔开。这张"宇宙网"一开始很脆弱,随着时间的推移,引力将物质聚集在一起,变得越来越清晰。星系嵌在暗物质的巨大"海洋"中,暗物质和常规物质聚集在局部区域,密度高于周围环境。斯图瓦德大学天文学教授范晓晖(XiaohuiFan)解释说,星系就像海洋中的波峰一样,骑在被称为"细丝"的连续暗物质串上。新发现的暗物质丝标志着在宇宙年龄仅为现在的6%时首次观测到这种结构,原本他们预计会发现一些东西,但没想到会是这么长、这么明显的细结构。这一发现是ASPIRE项目的一部分,该项目是一项大型国际合作项目,由亚利桑那大学的研究人员领导,王是该项目的主要研究人员。ASPIRE是ASPectroscopicsurveyofbiasedhalosIntheReionizationEra的缩写,其主要目标是研究最早黑洞的宇宙环境。该计划将观测25个存在于宇宙大爆炸后最初10亿年内的类星体,这一时期被称为"宇宙再电离时代"。130多亿年前,在重离子时代,宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体在很大程度上对高能光不透明,因此很难观测到年轻的星系。是什么让宇宙变得完全电离或透明,最终导致在今天的大部分宇宙中探测到"清晰"的条件呢?詹姆斯-韦伯太空望远镜(JamesWebbSpaceTelescope)将深入太空,收集更多关于重离子时代存在的天体的信息,帮助我们了解宇宙历史上的这一重大转变。图片来源:NASA、ESA和J.Kang(STScI)"团队成员、加州大学圣巴巴拉分校的约瑟夫-亨纳维(JosephHennawi)说:"过去二十年的宇宙学研究让我们对宇宙网的形成和演化有了深入的了解。"ASPIRE旨在了解如何将最早的大质量黑洞的出现嵌入到我们当前的宇宙结构形成故事中"。研究的另一部分是调查年轻宇宙中八颗类星体的特性。研究小组证实,这些类星体的中心黑洞在宇宙大爆炸后不到10亿年就已存在,其质量从6亿倍到20亿倍太阳质量不等。天文学家仍在继续寻找证据,以解释这些黑洞为何能如此迅速地变大。要在如此短的时间内形成这些超大质量黑洞,必须满足两个标准。王解释说:"首先,你需要从一个巨大的'种子'黑洞开始生长。第二,即使这颗种子一开始的质量相当于一千个太阳,它也需要在相对较短的时间内以最大可能的速度吸积一百万倍以上的物质,因为我们的观测是在它还非常年轻的时候捕捉到它的。"类星体--如图所示,是宇宙中最亮的天体。类星体的超大质量黑洞在吞噬周围环境的质量时释放出的能量被广泛认为是限制大质量星系生长的主要驱动力。资料来源:STScI"这些史无前例的观测为我们提供了关于黑洞如何形成的重要线索。我们了解到,这些黑洞位于大质量年轻星系中,这些星系为黑洞的生长提供了燃料库,"斯图瓦德大学助理研究教授杨金义说,他领导着ASPIRE对黑洞的研究,也是第二篇论文的第一作者。詹姆斯-韦伯太空望远镜还提供了迄今为止最好的证据,证明早期超大质量黑洞如何潜在地调节其星系中恒星的形成。超大质量黑洞在吸积物质的同时,也会产生巨大的物质外流。这些"风"的范围可以远远超出黑洞本身,达到银河系的规模,并对恒星的形成产生重大影响。恒星是在气体和尘埃坍缩成密度越来越大的云团时形成的,这就要求气体非常寒冷。杨解释说,来自黑洞的强风释放出大量能量,会对这一过程造成破坏,从而抑制宿主星系中恒星的形成。"这种风已经在附近的宇宙中观测到过,但在宇宙的早期,即重子化纪元,还从未被直接观测到过。风的规模与类星体的结构有关。在韦伯望远镜的观测中,我们看到这种风延伸至整个星系,影响着星系的演化。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372027.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1372027.htm

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澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞

澳州天文学家发现迄今成长最快的黑洞澳大利亚科研人员称发现了迄今已知成长最快的黑洞,它每天吞噬掉的物质质量相当于一个太阳。新华社星期二(2月20日)报道,澳大利亚国立大学研究人员领衔的团队日前在英国《自然·天文学》杂志上发表论文说,这个黑洞的质量高达太阳的170亿倍,距离地球超过120亿光年。欧洲南方天文台发布的公报指出,这个黑洞所在的类星体代号为J0529-4351,不仅是迄今观测到的最明亮类星体,也是迄今观测到的最明亮天体。据介绍,这个黑洞的吸积盘直径达7光年,超过太阳系到其相邻恒星系统半人马座阿尔法星系的距离。论文第一作者、澳大利亚国立大学天文学和天体物理学研究学院副教授克里斯蒂安·沃尔夫说,这个黑洞“令人难以置信的成长速度意味着光和热的大量释放”,因此它所在的类星体也成为“宇宙中迄今已知的最明亮物体”。事实上,J0529-4351一直掩藏在“众目睽睽之下”。之前,研究人员利用电脑模型分析欧洲航天局“盖亚”空间探测器采集的相关数据时,错将J0529-4351识别为一颗恒星,直到最近通过地面望远镜观测才将其确定为类星体。类星体是活动星系核,由其中心的超大质量黑洞所驱动。当黑洞周围的气体被吞噬时会形成漩涡状吸积盘,巨大的引力势在吸积盘上得以释放,转化为热能和电磁辐射,使得类星体异常明亮。2024年2月20日10:09PM

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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

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天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜

天文学家揭开宇宙最重黑洞双星之谜两个超大质量黑洞的合并是一个早已被预测到的现象,尽管从未被直接观测到过。天文学家提出的一个理论是,这些系统的质量如此之大,以至于它们耗尽了宿主星系中驱动合并所需的恒星物质。利用双子座北望远镜的档案数据,一个天文学家小组发现了一个双黑洞,为这一观点提供了有力的证据。据研究小组估计,这个双黑洞的质量是太阳质量的280亿倍,是迄今为止测量到的最重的双黑洞。这次测量不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料,而且还支持了一个由来已久的理论,即超大质量黑洞双星的质量在阻止超大质量黑洞合并方面起着关键作用。资料来源:NOIRLab/NSF/AURA/J.daSilva/M.Zamani几乎每个大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。当两个星系合并时,它们的黑洞会形成一对双星,这意味着它们处于相互束缚的轨道上。据推测,这些双星最终会合并,但这一现象从未被观测到过[1]。几十年来,天文学家们一直在讨论这样的事件是否可能发生。在最近发表于《天体物理学报》(TheAstrophysicalJournal)的一篇论文中,一个天文学家小组提出了对这一问题的新见解。一个天文学家小组利用由美国国家科学基金会NOIRLab负责运行的双子座北望远镜(国际双子座天文台的一半)提供的档案数据,测量出了迄今发现的最重的一对超大质量黑洞。两个超大质量黑洞的合并是一种早已被预测到的现象,但从未被观测到过。这对超大质量黑洞提供了一些线索,说明为什么宇宙中发生这种事件的可能性如此之小。双子座北区前所未有的洞察力研究小组利用夏威夷双子座北望远镜(由美国国家科学基金会资助的NOIRLab运行的国际双子座天文台的二分之一)的数据,分析了位于椭圆星系B20402+379内的一个超大质量黑洞双星。这是迄今为止唯一一个被分辨得足够详细,可以分别看到两个天体的超大质量黑洞双星,[2]而且它还保持着迄今为止直接测量到的最小间隔记录--仅仅24光年[3]。虽然如此接近的分离预示着强大的合并,但进一步的研究发现,这对天体已经在这个距离上停滞了30多亿年,这不禁让人产生疑问:是什么阻碍了合并?双黑洞合并的挑战为了更好地了解这个系统的动态及其停止的合并,研究小组研究了双子座北区的双子座多目标摄谱仪(GMOS)的档案数据,这些数据使他们能够确定黑洞附近恒星的速度。"GMOS出色的灵敏度使我们能够测绘出恒星在靠近星系中心时的速度,"论文共同作者、斯坦福大学物理学教授罗杰-罗曼尼(RogerRomani)说。"有了这些,我们就能推断出居住在那里的黑洞的总质量。"据研究小组估计,这对双星的质量是太阳质量的280亿倍,是迄今测量到的最重的双黑洞。这一测量结果不仅为双星系统的形成及其宿主星系的历史提供了宝贵的背景资料,而且还支持了一个由来已久的理论,即超大质量双黑洞的质量在阻止潜在合并中起着关键作用[4]。"为国际双子座天文台提供服务的数据档案蕴藏着一座尚未开发的科学发现金矿,"国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁-斯蒂尔说,"对这个极端超大质量双黑洞的质量测量是一个令人敬畏的例子,说明了探索这一丰富档案的新研究可能产生的影响。"二进制系统的形成与未来了解这个双星是如何形成的,有助于预测它是否以及何时会合并--一些线索表明,这对双星是通过多个星系合并形成的。首先,B20402+379是一个"化石星系团",这意味着它是整个星系团的恒星和气体合并成一个大质量星系的结果。此外,两个超大质量黑洞的存在,加上它们巨大的总质量,表明它们是由多个星系的多个较小黑洞合并而成的。星系合并后,超大质量黑洞不会正面相撞。相反,当它们进入一个有束缚的轨道时,就会开始互相弹射。它们每经过对方一次,能量就会从黑洞传递到周围的恒星。随着它们能量的流失,这对黑洞被越拖越近,直到相距仅有一光年时,引力辐射占据上风,它们才会合并。这一过程已经在成对恒星质量的黑洞中被直接观测到--有史以来的第一次记录是在2015年通过引力波的探测--但从未在超大质量的双星中观测到过。停滞不前的合并与未来联合的可能性通过对该星系巨大质量的新了解,研究小组得出结论,需要有数量特别多的恒星才能减缓双星轨道的速度,使它们如此接近。在这个过程中,黑洞似乎甩掉了它们附近几乎所有的物质,使得星系核心缺少恒星和气体。由于没有更多的物质来进一步减缓这对天体的轨道,它们的合并在最后阶段停滞了。罗曼尼说:"通常情况下,黑洞对较轻的星系似乎有足够的恒星和质量来驱动两者迅速结合在一起。由于这对黑洞非常重,因此需要大量恒星和气体来完成这项工作。但是这对黑洞已经将中央星系中的这些物质清除干净,使它停滞不前,可供我们研究。"这对天体究竟会克服停滞状态,最终以数百万年的时间尺度合并,还是永远继续在轨道上徘徊,目前尚无定论。如果它们真的合并,产生的引力波将比恒星质量的黑洞合并产生的引力波强大一亿倍。这对天体有可能通过另一次星系合并来征服最后的距离,这将为星系注入更多的物质,或者有可能是第三个黑洞,从而使这对天体的轨道慢到足以合并。不过,鉴于B20402+379是一个化石星系团,另一个星系合并的可能性不大。"我们期待着对B20402+379的内核进行后续调查,我们将研究其中存在多少气体,"论文第一作者、斯坦福大学本科生TirthSurti说。"这应该能让我们更深入地了解超大质量黑洞最终能否合并,或者它们是否会作为双星搁浅。"说明虽然有证据表明超大质量黑洞之间的距离只有几光年,但似乎没有一个黑洞能够跨越这个最终距离。关于这种事件是否可能发生的问题被称为"最终-秒差距问题",几十年来一直是天文学家们讨论的话题。以前曾对含有两个超大质量黑洞的星系进行过观测,但在这些情况下,它们相距数千光年--太远了,不可能像在B20402+379中发现的双星那样处于相互结合的轨道上。其他黑洞动力源的距离可能更小,不过这些都是通过间接观测推断出来的,因此最好归类为候选双星。这一理论最早是由贝格尔曼等人于1980年提出的,根据数十年来对星系中心的观测,这一理论一直被认为是存在的。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422216.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1422216.htm

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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

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MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光

MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光类星体是活动星系炽热明亮的中心,其核心是一个贪得无厌的超大质量黑洞。大多数星系都有一个中心黑洞,它可能会不时地捕食气体和恒星碎片,当物质向黑洞涌入时,就会以发光环的形式产生短暂的爆发光。相比之下,类星体的运行规模则不同。它们可以在更长的时间内消耗大量物质,产生极其明亮和持久的光环--事实上,类星体是宇宙中最亮的天体之一。由于类星体非常明亮,所以它们的光芒要比所在星系的其他部分更加耀眼。但是,麻省理工学院的研究小组首次观测到了三颗古老类星体的宿主星系中恒星发出的微弱得多的光。根据这种难以捉摸的恒星光,研究人员估算出了每个宿主星系的质量与其中心超大质量黑洞的质量。他们发现,与现代类星体相比,这些类星体的中央黑洞相对于其宿主星系的质量要大得多。詹姆斯-韦伯望远镜拍摄的照片显示了红色圈内的J0148类星体。两个插页上显示的是中心黑洞,下显示的是宿主星系的恒星辐射。图片来源:研究人员提供;美国宇航局最近发表在《天体物理学杂志》上的这一发现,可能会揭示出最早的超大质量黑洞是如何在相对较短的宇宙时间内成长为如此巨大的黑洞的。特别是,与现代黑洞相比,那些最早的怪物黑洞可能是从质量更大的"种子"中萌发出来的。"宇宙诞生后,出现了一些种子黑洞,然后吞噬物质,在很短的时间内成长起来,"研究报告的作者、麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所博士后岳明浩说。"其中一个最大的问题就是要了解这些怪物黑洞是如何长得如此之大、如此之快的。""这些黑洞的质量是太阳的数十亿倍,而此时宇宙还处于萌芽阶段,"研究报告的作者、麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜-艾勒斯说。"我们的研究结果意味着,在宇宙早期,超大质量黑洞可能比它们的宿主星系更早获得质量,最初的黑洞种子可能比今天的质量更大。"Eilers和Yue的合著者包括麻省理工学院卡弗里主任罗伯特-西姆科(RobertSimcoe)、麻省理工学院哈勃研究员和博士后罗汉-奈杜(RohanNaidu),以及瑞士、奥地利、日本和北卡罗来纳州立大学的合作者。自20世纪60年代天文学家首次发现类星体以来,类星体的极高亮度就显而易见了。当时他们假设类星体的光来自一个类似恒星的"点光源"。科学家将这些天体命名为"类星体",是"准恒星"的谐音。自首次观测以来,科学家们已经意识到类星体实际上并非源自恒星,而是由位于星系中心的强大而持久的超大质量黑洞吸积产生的。要把类星体中央黑洞发出的光与宿主星系恒星发出的光分离开来,是一项极具挑战性的工作。这项任务有点像分辨中央巨大探照灯周围的一大片萤火虫。但近年来,随着美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)的发射,天文学家们有了更好的机会来完成这项任务。JWST能够窥探到更久远的时间,其灵敏度和分辨率也比现有的任何天文台都要高得多。在他们的新研究中,Yue和Eilers利用JWST的专用时间观测了六颗已知的古老类星体,从2022年秋天到第二年春天间歇性地进行观测。研究小组总共对这六个遥远的天体进行了120多个小时的观测。"类星体的亮度要比它的宿主星系高出几个数量级。而以前的图像不够清晰,无法分辨宿主星系及其所有恒星的样子,"Yue说。"现在,通过非常仔细地模拟JWST对这些类星体的更清晰的图像,我们第一次能够揭示这些恒星发出的光。"研究小组评估了JWST收集的六颗遥远类星体的成像数据,他们估计这六颗类星体的年龄约为130亿年。这些数据包括每个类星体不同波长光线的测量值。研究人员将这些数据输入到一个模型中,该模型可以计算出这些光中有多少可能来自一个紧凑的"点光源",比如中央黑洞的吸积盘,而有多少可能来自一个更加弥散的光源,比如来自宿主星系周围散射恒星的光。通过这种建模,研究小组将每颗类星体的光分成两部分:来自中央黑洞发光盘的光和来自宿主星系较分散恒星的光。这两种光源的光量反映了它们的总质量。研究人员估计,对于这些类星体来说,中心黑洞的质量与宿主星系的质量之比约为1:10。他们意识到,这与今天1:1,000的质量平衡形成了鲜明对比,在这种情况下,新近形成的黑洞与其宿主星系相比质量要小得多。"这告诉了我们一些关于什么最先生长的信息:是黑洞先生长,然后星系跟上?还是星系及其恒星首先生长,它们主导并调节黑洞的生长?"埃勒斯解释道。"我们看到,早期宇宙中的黑洞似乎比其宿主星系生长得更快。这初步证明,最初的黑洞种子当时可能质量更大。"Yue补充说:"在最初的10亿年里,一定有某种机制使黑洞比宿主星系更早获得质量。这是我们看到的第一个证据,令人兴奋"。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434759.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1434759.htm

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