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

从类星体到黑洞：光谱能量使既定理论受到质疑

从类星体到黑洞：光谱能量使既定理论受到质疑通过对类星体中超大质量黑洞产生的辐射进行研究，科学家们发现光谱能量分布不受类星体内在亮度的影响，这是对既有观点的挑战。他们的研究表明，标准的吸积盘理论可能无法完全解释观测到的现象，强调了吸积盘风可能发挥的作用。此外，他们的研究还揭示了类星体的平均极紫外光谱能量分布与经典吸积盘理论的预测有很大偏差。这一发现对经典模型提出了挑战，并为包含广泛吸积盘风的模型提供了有力支持。相关结果于2023年10月5日在线发表在《自然-天文学》上。图1：艺术家绘制的超大质量黑洞吸积气体并在吸积盘中发光的示意图。资料来源：NASA/JPL-Caltech类星体是一类极其明亮的河外星系天体，其中心的大质量超大质量黑洞不断吞噬着宿主星系核心区域的气体。巨大的引力势能被释放到气体形成的吸积盘上，转化为热能和电磁辐射，从而形成异常明亮的星系核。类星体也被称为"宇宙巨兽"，因为它们的本征光度特别高。根据标准的吸积盘理论，吸积盘会在光谱能量分布中产生众所周知的"蓝色大凸起"，其峰值预计会出现在极紫外区。中心黑洞的质量越大，吸积盘的预期温度就越低，极紫外光谱就越柔和。观测发现，亮度更高的类星体（超大质量黑洞质量更大）显示出相对较弱的发射线（由更柔和的极紫外光谱解释），这就是著名的鲍德温效应（BaldwinEffect），似乎与经典的吸积盘模型一致。图2：类星体的紫外光谱能量分布斜率（右轴，空心数据点）与固有亮度无关，无法解释鲍德温效应（左轴，实心数据点）。资料来源：中国科学技术大学挑战经典理论蔡振义副教授和王俊贤教授的研究直接关注大样本类星体的光学-紫外光谱能量分布。该研究利用了地面SDSS和空间GALEX的观测数据，控制了紫外探测的不完整性。他们发现类星体的平均紫外光谱能量分布并不取决于其内在亮度，这不仅表明内在亮度的差异无法解释鲍德温效应，而且对标准吸积盘理论的预测提出了挑战。同时，研究人员提出了鲍德温效应可能的新物理起源：亮度更高的类星体吸积盘温度波动更弱，因此无法发射更多的发射线云。图3：类星体的平均本征光学-紫外光谱能量分布（红色数据点），明显比标准吸积盘预测值（左图）柔和，但与盘风模型预测值（右图）一致。资料来源：中国科学技术大学提出新模型此外，研究还修正了星系间介质吸收的影响，发现类星体的平均极紫外光谱比之前所有的研究结果都要柔和。这一差异对标准吸积盘模型提出了重大挑战，但与吸积盘风模型的预测结果十分吻合，表明类星体中普遍存在盘风。这项研究的结果对于深入理解超大质量黑洞吸积物理学、黑洞质量增长、宇宙再电离、宽线区起源、极紫外尘埃消光等各个方面具有广泛的意义。未来，具有紫外线探测能力的卫星项目，如中国空间站望远镜（CSST），将大大增强我们对类星体和类似天体物理性质的了解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388701.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388701.htm

天文学家发现最亮的类星体J059-4351 由每天吞噬一个太阳的超大质量黑洞驱动

天文学家发现最亮的类星体J059-4351由每天吞噬一个太阳的超大质量黑洞驱动这幅艺术家印象图显示的是破纪录的类星体J059-4351，它是一个遥远星系的明亮核心，由一个超大质量黑洞驱动。通过使用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜（VLT），我们发现这个类星体是迄今为止已知的宇宙中最亮的天体。从这里可以看到，这个超大质量黑洞正在吸积周围的物质，它的质量是太阳的170亿倍，并且每天以相当于一个太阳的速度在增长，这使它成为有史以来已知的增长速度最快的黑洞。图片来源：ESO/M.科恩梅瑟类星体是遥远星系的明亮核心，由超大质量黑洞驱动。这颗破纪录的类星体中的黑洞质量每天以相当于一个太阳的速度增长，是迄今为止增长速度最快的黑洞。类星体的黑洞从周围环境中收集物质，这个过程能量巨大，会发出大量的光。因此，类星体是我们天空中最亮的一些天体，也就是说，从地球上甚至可以看到遥远的类星体。一般来说，最亮的类星体代表着增长最快的超大质量黑洞。天文学家已经确定了迄今观测到的最亮类星体的特征，它是由增长最快的黑洞驱动的。这个黑洞的质量每天以相当于一个太阳的速度增长。被拉向这个黑洞的物质形成了一个直径为7光年的圆盘--大约是太阳到海王星轨道距离的15000倍。资料来源：欧洲南方天文台"我们发现了迄今所知增长最快的黑洞。它的质量为170亿个太阳，每天吃掉一个以上的太阳。"澳大利亚国立大学（ANU）天文学家、今天发表在《自然-天文学》上的这项研究的第一作者克里斯蒂安-沃尔夫（ChristianWolf）说："这使它成为已知宇宙中最亮的天体。这颗类星体被称为J0529-4351，距离地球非常遥远，它的光需要120多亿年才能到达我们这里。"J0529-4351发出的能量是太阳的500万亿倍。"所有这些光都来自一个直径达7光年的热吸积盘--这一定是宇宙中最大的吸积盘，"ANU博士生兼合著者塞缪尔-赖（SamuelLai）说。7光年大约是太阳到海王星轨道距离的15000倍。这张图片显示了破纪录的类星体J0529-4351所在的天空区域。通过使用欧洲南方天文台（ESO）位于智利的甚大望远镜（VLT），我们发现这颗类星体是迄今为止已知的宇宙中最亮的天体。这张照片是根据数字化巡天2的部分图像制作的，插图显示了暗能量巡天图像中类星体的位置。图片来源：ESO/数字化巡天2/暗能量巡天而且，令人惊讶的是，这个破纪录的类星体竟然隐藏在众目睽睽之下。"直到今天，它仍然不为人知，而我们之前已经知道了多余一百万个不那么令人印象深刻的类星体。"合著者、澳大利亚国立大学天文学家克里斯托弗-昂肯（ChristopherOnken）说。这个天体早在1980年就出现在ESO施密特南天巡天的图像中，但直到几十年后才被确认为类星体。寻找类星体需要从大面积天空中获取精确的观测数据。由此产生的数据集非常庞大，研究人员通常使用机器学习模型来分析这些数据集，并将类星体与其他天体区分开来。然而，这些模型是在现有数据的基础上训练出来的，这就把潜在的候选天体限制在了与已知天体相似的天体上。如果一个新的类星体比之前观测到的任何其他类星体都更亮，程序可能会拒绝它，而将其归类为距离地球不太遥远的恒星。这幅艺术家印象图显示的是类星体J0529-4351，它是一个遥远星系的明亮核心，由一个超大质量黑洞驱动。图片来源：ESO/M.Kornmesser此前来自欧洲航天局盖亚卫星的数据进行的自动分析认为J0529-4351太亮，不可能是类星体，而认为它是一颗恒星。去年，研究人员利用澳大利亚赛丁泉天文台（SidingSpringObservatory）的ANU2.3米望远镜进行观测，确定它是一颗遥远的类星体。然而，要发现它是迄今观测到的最亮的类星体，需要更大的望远镜和更精确的仪器进行测量。位于智利阿塔卡马沙漠的欧洲南方天文台VLT上的X-shooter摄谱仪提供了至关重要的数据。这个迄今为止观测到的增长最快的黑洞也将成为欧洲南方天文台VLT干涉仪（VLTI）GRAVITY+升级的完美目标，该干涉仪旨在精确测量黑洞的质量，包括那些远离地球的黑洞。此外，欧洲南方天文台正在智利阿塔卡马沙漠建造的39米望远镜--极大型望远镜（ELT），将使识别和描述这类难以捉摸的天体变得更加可行。这段视频将带领我们从银河系远眺天空，来到类星体J0529-4351，这是一个遥远星系的明亮核心，位于Pictor星座方向。视频的最后是艺术家对这个破纪录天体的印象；其他所有画面都是真实的天文图像。图片来源：ESO/N.Risinger(skysurvey.org)/DigitizedSkySurvey2/DarkEnergySurvey/M.Kornmesser.音乐：AstralElectronicAstralElectronic寻找和研究遥远的超大质量黑洞可以揭示早期宇宙的一些奥秘，包括它们及其宿主星系是如何形成和演化的。但这并不是沃尔夫寻找它们的唯一原因。他说："就我个人而言，我只是喜欢追逐的感觉。每天有几分钟的时间，我都会感觉自己又回到了孩提时代，玩着寻宝游戏，现在我把我从那时起学到的一切都带到了桌面上。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419349.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

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用星系图像，左侧为恒星部分，右侧（负片）为星系光环中的暗物质。资料来源：GabrielPérezDíaz,SMM(IAC)/EAGLE团队传统上对星系演化的观测研究主要集中在普通物质的作用上，尽管普通物质只占星系质量的很小一部分。几十年来，人们一直在理论上预测暗物质对星系演化的影响。然而，尽管做了很多努力，人们对此并没有达成明确的共识。现在，由IAC团队领导的研究首次通过观测证实了暗物质对星系演化的影响。暗物质对星系的影响显而易见，因为我们可以测量它，但暗物质对星系演化的影响是有人提出过的，尽管我们没有观测研究它的技术。为了研究暗物质的影响，研究小组集中研究了星系中恒星的质量与从其旋转中可以推断出的质量（称为总动力质量）之间的差异。研究结果表明，恒星的年龄、金属含量、形态、角动量和形成速度不仅取决于这些恒星的质量，还取决于总质量，这就意味着要把暗物质成分包括在内，而暗物质成分符合对光环质量的估计。"我们看到，在恒星质量相等的星系中，恒星群的表现会因星系光环中暗物质的多寡而不同，换句话说，星系从形成到现在的演化过程会因星系所处的光环而改变。"文章合著者之一、IAC研究员伊格纳西奥-马丁-纳瓦罗（IgnacioMartínNavarro）补充说："如果星系所处的光环质量较大或较小，那么星系随时间的演化就会不同，这将反映在星系所含恒星的性质上。"今后，研究小组计划对距离银河系中心不同距离的恒星群进行测量，并证明恒星的特性对暗物质晕的依赖是否在所有半径范围内都保持不变。研究的下一步将是研究暗物质晕与宇宙大尺度结构之间的关系。这些暗物质光环并不是单独产生的，它们由细丝连接起来，构成了大尺度结构的一部分，被称为'宇宙网'。光环的质量似乎改变了星系的属性，但这可能是每个光环在宇宙网中所处位置的结果。在未来几年里，希望能够看到这种大尺度结构在我们所研究的范围内产生的影响。这项研究是基于卡拉阿托遗留整体场区（CALIFA）的260个星系进行的，卡拉阿托遗留整体场区是一个国际项目，在文章的另一位合著者赫苏斯-法尔孔-巴罗佐（JesúsFalcónBarroso）的协调下，IAC积极参与了该项目。他说："这项调查提供了光谱信息和前所未有的星系空间覆盖范围。我们对这些星系进行了高分辨率观测，获得了它们运动特性的详细测量数据，这使我们能够非常精确地研究恒星的运动，从而推断出星系的总质量。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425314.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425314.htm

隐藏的宇宙主干：ALMA揭示暗物质在3万光年尺度上的精细指纹

隐藏的宇宙主干：ALMA揭示暗物质在3万光年尺度上的精细指纹神代大学（日本大阪）的井上海纪太郎教授领导的研究小组利用位于智利共和国的世界上最强大的射电干涉仪--阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），发现了宇宙中暗物质分布的波动，其尺度小于大质量星系。这是首次在3万光年的尺度上探测到远宇宙中暗物质的空间波动。这一结果表明，即使在比大质量星系更小的尺度上，冷暗物质也会存在，这也是朝着了解暗物质真正性质迈出的重要一步。文章将发表在《天体物理学报》上。暗物质波动透镜系统MGJ0414+0534探测到的暗物质波动。较亮的橙色表示暗物质密度较高的区域，较暗的橙色表示暗物质密度较低的区域。白色和蓝色代表ALMA观测到的引力透镜天体。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),K.T.Inoueetal.暗物质是一种不可见的物质，占宇宙质量的很大一部分，被认为在恒星和星系等结构的形成过程中发挥了重要作用。由于暗物质不是均匀地分布在空间中，而是呈团块状分布，它的引力会轻微改变来自遥远光源的光（包括无线电波）的路径。对这种效应（引力透镜）的观测表明，暗物质与相对大质量的星系和星系团有关，但它在较小尺度上的分布情况尚不清楚。研究小组决定利用ALMA观测一个距离地球110亿光年的天体。这个天体是一颗透镜类星体MGJ0414+0534[4]（以下简称"这颗类星体"）。由于前景星系的引力透镜效应，这个类星体看起来是四重图像。然而，这些表观图像的位置和形状都偏离了仅仅根据前景星系的引力透镜效应计算得出的结果，这表明在比大质量星系更小的尺度上暗物质分布的引力透镜效应在起作用。引力透镜系统MGJ0414+0534的概念图。图像中心的物体表示透镜星系。橙色表示星系际空间中的暗物质，淡黄色表示透镜星系中的暗物质。图片来源：NAOJ,K.T.Inoue研究发现，即使在远低于宇宙尺度（数百亿光年）的约3万光年尺度上，暗物质密度也存在空间波动。这一结果与冷暗物质的理论预言一致，即暗物质团块不仅存在于星系内部（图2中的淡黄色），也存在于星系际空间（图2中的橙色）。这项研究中发现的暗物质团块所产生的引力透镜效应非常小，以至于很难单独探测到它们。然而，由于前景星系引起的引力透镜效应和ALMA的高分辨率，我们首次探测到了这种效应。因此，这项研究是验证暗物质理论和阐明其真实性质的重要一步。这项研究发表在K.T.Inoue等人在《天体物理学报》上发表的论文"ALMAMeasurementof10kpc-scaleLensingPowerSpectratowardtheLensedQuasarMGJ0414+0534"中。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396561.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396561.htm