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

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

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

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

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

天文学家发现罕见的类星体对 正处于碰撞的边缘

天文学家发现罕见的类星体对正处于碰撞的边缘研究人员使用一套空间和地面望远镜，包括夏威夷的两个Maunakea天文台--W.M.Keck天文台和GeminiNorth--发现这对黑洞嵌在两个星系中，这两个星系在宇宙发展仅仅30亿年的时候合并了。这项研究由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导，发表在2023年4月5日的《自然》杂志上。找到这样一个系统是很困难的，因为当两个黑洞如此接近时，要单独区分它们是个挑战。但是在这个被称为J0749+2255的特殊系统中，两个黑洞都在疯狂进食，吞噬气体和尘埃，这些气体和尘埃在如此高的温度下被加热，这对黑洞产生了一个巨大的烟花表演。这种活动被称为类星体，这是一种当黑洞在大吃大喝时在整个电磁波谱中发射出大量光线的现象。J0749+2255是非常不寻常的，因为该系统有不是一个，而是两个同时活动的类星体，而且距离足够近，最终会合并。"在宇宙的这个早期阶段，我们并没有看到很多双类星体。这就是为什么这一发现如此令人兴奋，"这项研究的主要作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究生Yu-ChingChen说。哈勃太空望远镜拍摄的一对类星体的照片，这些类星体在宇宙只有30亿年的时候就已经存在。它们被嵌入到一对碰撞的星系中。这些类星体之间的距离还不到一个星系的大小。类星体由贪婪的超大质量黑洞提供动力，当它们吞噬气体、尘埃和在其引力范围内的任何其他东西时，它们会爆发出凶猛的能量喷泉。这些黑洞最终将合并。资料来源：美国宇航局、欧空局、陈玉清（UIUC）、黄翔志（IAS）、纳迪亚-扎卡姆斯卡（JHU）、沈悦（UIUC）。欧空局（EuropeanSpaceAgency）的盖亚（Gaia）空间观测站首先探测到了这个双类星体，捕捉到的图像表明在年轻的宇宙中有两个紧密排列的光信标。陈和他的团队随后使用美国宇航局的哈勃太空望远镜来验证这些光点实际上来自一对超大质量黑洞。随后进行了多波长观测；利用凯克天文台的第二代近红外相机（NIRC2）与其自适应光学系统配对，以及美国宇航局钱德拉X射线天文台的双子座北区和新墨西哥州的甚大阵射电望远镜网络，研究人员确认了双类星体不是由引力透镜产生的同一个类星体的两个图像。"确认过程并不容易，我们需要一个涵盖从X射线到射电光谱的望远镜阵列，以最终确认这个系统确实是一对类星体，而不是，比如说，两个引力透镜类星体的图像，"共同作者、伊利诺伊大学的天文学家YueShen说。由于望远镜窥视的是遥远的过去，这种双类星体已经不存在了。在中间的100亿年里，它们的宿主星系很可能已经沉淀为一个巨大的椭圆星系，就像今天在本地宇宙中看到的那些。而这些类星体已经合并成了一个巨大的、位于其中心的超大质量黑洞。附近的巨型椭圆星系M87有一个巨大的黑洞，重量是我们太阳质量的65亿倍。也许这个黑洞是在过去几十亿年里从一个或多个星系的合并中成长起来的。越来越多的证据表明，大型星系是通过合并建立起来的。较小的系统聚集在一起，形成更大的系统和越来越大的结构。在这个过程中，应该有成对的超大质量黑洞在合并的星系中形成。了解黑洞的祖先群体将最终告诉我们早期宇宙中超大质量黑洞的出现，以及这些合并可能有多频繁。"我们开始揭开早期二元类星体群体的这个冰山一角，"共同作者、伊利诺伊大学香槟分校的刘昕说。"这就是这项研究的独特之处。它实际上是在告诉我们这个群体的存在，而且现在我们有一种方法来识别相隔不到一个星系大小的双类星体。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354521.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354521.htm