一个类星体- 星系混合可能是天文学的“缺失的环节”

单个天体罕见的改变一整个科学领域的进程。遥远的天体GNz7q，一个星系 - 类星体的混合体可能刚好做这个的。

STARTS WITH A BANG — APRIL 18, 2022

Ethan Siegel

用许多天文台包括哈勃、斯皮策、钱德拉、XMM-牛顿、赫歇尔、非常大望远镜等成像的大天文台起源深场勘察-北（GOODS-N）深场的这一微小块包含一个看似不起眼的红点。这个天体是来自大爆炸后仅7.3亿年的一个类星体- 星系混合体，可能对解开星系 - 黑洞演化之谜是关键。

(Credit: NASA, ESA, G. Illingworth (UCSC), P. Oesch (UCSC, Yale), R. Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen, Denmark)

关键要点

在遥远的宇宙中，天体要么被星光要么来自中央超大质量黑洞的发射统治。

从X射线到紫外线一直到光学、红外线等有最深，最佳多波长覆盖范围的天空区域一直是大天文台起源深场勘察-北和大天文台起源深场勘察-南场。

然而，十多年来，每个人都错过了这个类星体- 星系的混合体：GNz7q。它可能是解开星系演化秘密的天文钥匙。

远在遥远的宇宙中，一个宇宙之谜等待着一个解决方案。

可与今天的银河系比较的星系在整个宇宙时间中数量众多，现在已经增长质量有更演化的结构。更年轻的星系天生的更小、更蓝、更混沌、富含气体，并且有比它们的现代同行更低密度的重元素。(Credit: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.), and the 3-D-HST Team)

第一个恒星形成星系是迄今为止还没有被发现的最遥远的天体。

只是因为这个遥远的星系GN-z11位于一个星系际介质大部分被再电离的区域，哈勃望远镜能在目前向我们揭示它。为看进一步远的，我们需要一个比哈勃望远镜更好的天文台，针对这些类型的探测被优化。虽然这个星系看起来非常红，但这只是由于膨胀宇宙的红移效应。从本质上讲，星系本身是非常蓝色的。(Credit: NASA, ESA, P. Oesch and B. Robertson (University of California, Santa Cruz), and A. Feild (STScI))

内在的明亮的和蓝色的，许多出现在我们最深的空间视野中。

非常的第一批恒星和星系应该是第三星族恒星的家园：仅由在热大爆炸期间首先形成的元素组成的恒星，其中99.999999%的氢和氦。这样的种群已经从未被看到或证实，但有些人希望詹姆斯韦伯太空望远镜将揭示它们。与此同时，最遥远的星系都非常明亮，内在的是蓝色的，但并不是很原始。(Credit: Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons)

它们是非常尘埃的，因为需要大量的中性物质来迅速形成炽热的新生恒星。

大多数星系只包含恒星形成的几个区域：在哪里气体正在坍塌，新恒星正在形成，电离氢被发现在该区域周围的泡泡中。在一个星爆星系中，几乎整个星系本身都是一个恒星形成区域，雪茄星系M82是最接近这些属性的区域。在早期宇宙中，看到的大多数星系都是星爆星系。(Credits: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgment: J. Gallagher (University of Wisconsin), M. Mountain (STScI) and P. Puxley (National Science Foundation))

后来，第一批类星体出现，被中央超大质量黑洞统治。

这个我们银河系中心附近恒星的20年时过来自2018年的欧洲南方天文台发布。注意这些特征的分辨率和灵敏度朝向接尾多锐化和改善的，它们都围绕着我们银河系（看不见的）中心超大质量黑洞运行。实际上每个大型星系，甚至在早期被认为拥有一个超大质量黑洞，尽管在从一个年轻的星爆星系到一个类星体的演化中过渡以前未被观察到。(Credit: ESO/MPE)

这些超大质量黑洞以相对短的顺序达到数十亿个太阳质量。.

如果你从宇宙只有1亿年岁的初始种子黑洞开始，对它能生长的速度有一个极限的：爱丁顿极限。要么这些黑洞开始比我们的理论预期的更大，比我们意识到的形成更早，要么它们的增长速度比我们目前的理解所允许的更快来取得我们观察到的质量值。检查类星体-星系混合可能把持解开这个谜团的关键。(Credit: F. Wang, AAS237)

射流和发光吸积盘，在X射线和紫外线下揭示这些黑洞的属性。

这两个类星体对在每个类星体的核不拥有一个超大质量黑洞，而是两个被10000光年隔开的超大质量黑洞。这些天体的多波长发射特性被需要揭示发生在内部的物理过程。(Credit: NASA, ESA, H. Hwang and N. Zakamska (Johns Hopkins University), and Y. Shen (University of Illinois, Urbana-Champaign))

富尘埃的星爆星系应该演化成类星体，喂养和生长它们的中心黑洞。

这位艺术家的印象显示J043947.08 + 163415.7，一个由超大质量黑洞提供动力的非常遥远的类星体可能看起来很近。这个天体代表早期宇宙中最明亮的类星体，已经从星爆星系进化但只在它的一旦恒星形成物质已经被吹走并电离后闪耀最亮的光。(Credit: ESA/Hubble & NASA, M. Kornmesser)

但这些天体总是要么是星系要么类星体，从来都不是一个两者的混合。

这张被嵌入在一个恒星形成星系中的射电响亮的类星体的插图给出一个近距离观察巨型射电星系怎样被期望来浮现的。在有一个超大质量黑洞的活跃星系的中心，喷流被发射撞进更大的星系晕中，高能化气体和等离子体并以靠近黑洞的喷流形式造成射电发射，然后羽流和/或更远的叶子。来自射流和圆盘的X射线和紫外线辐射通常加入射电射流。(Credit: ESA/C. Carreau)

直到在大天文台起源深场勘察-北深场中这个GNz7q天体被发现。

此图像是大天文台起源深场勘察-北勘测区域的全场哈勃视图。美国宇航局的斯皮策钱德拉欧空局的XMM-Newton，赫谢尔和一系列大型地面望远镜也已经成像了该区域，后者的这些对于确定感兴趣的天体GNz7q的在光学和近红外中的光谱特性至关重要。GNz7q位于红色圆圈的中心。(Credit: NASA, ESA, G. Illingworth (UCSC), P. Oesch (UCSC/Yale), R. Bouwens and I. Labbé (Leiden University), and the Science Team)

大天文台起源深场勘察包含来自地面和天基天文台的多波长数据，提供我们的最深的宽视场视野。

类星体 - 星系混合GNz7q在这里被视为图像中心的一个红点，由于宇宙的膨胀及其与我们之间的距离变红。尽管它已经被在GOODS-N场曝光13年以上，但直到2022年它才被标记为一个感兴趣的天体，因为它的光谱揭示星系和类星体的属性。(Credit: NASA, ESA, G. Illingworth (UCSC), P. Oesch (UCSC, Yale), R. Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen, Denmark)

GNz7q是一个明亮的、尘埃丰富的恒星形成星系，也拥有许多类星体特征。

遥远的天体GNz7q拥有与大爆炸后7.3亿年后从它的时代看到的其他星系或类星体不一致的性质，而是有一个混合解释，因为它有一些但不是全部两者的属特。(Credit: S. Fujimoto et al., Nature, 2022)

“圆盘发射”光正在缺失，而总类星体光被严重的变红。.

在宇宙中发现的所有遥远类星体中，GNz7q内在的是最红的。该天体有一个几千万个太阳质量的超大质量黑洞，但缺乏通常看到的特征X射线盘发射：这表明这是我们的第一个星系- 类星体混合体。(Credit: S. Fujimoto et al., Nature, 2022)

这表明含类星体的核被尘埃遮蔽，伴有超常的高恒星形成率。

这位艺术家的星系- 类星体混合天体GNz7q的尘埃核心的印象显示一个超大质量不断增长的黑洞，位于一个富含尘埃的星系的中心，该星系正在每年值大约1600个太阳质量的速度形成新的恒星：这个速度大约是银河系的这个的3000倍。(Credit: ESA/Hubble, N. Bartmann)

从大爆炸后仅7.5亿年开始，GNz7q成为一个詹姆斯韦伯太空望远镜的完美目标。

哈勃极深场的已经被成像23整天的一部分，与詹姆斯韦伯在红外线中预期的仿真视图形成鲜明对比。通过明智的选择它的目标，詹姆斯·韦伯太空望远镜应该能够揭示关于宇宙中最遥远天体的超常细节，这是其他天文台无法来揭示的。(Credit: NASA/ESA and Hubble/HUDF team; JADES collaboration for the NIRCam simulation)

大多是寂静的周一以图像、视觉效果和不超过200个单词讲述一个天文故事。少说话;多微笑。

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/quasar-galaxy-hybrid/