詹姆斯韦伯望远镜发现宇宙中最古老的黑洞

By Ben Turner

2023/12/18

Black Holes

詹姆斯韦伯太空望远镜的宇宙的最古老的黑洞的发现正在给天文学家一些关于它们如何成这个样子的至关重要的线索。

艺术家的一个黑洞吸积盘的描画。 (Image credit: Getty Images)

詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）已经发现了从来见过的最古老的黑洞，这是一个潜伏在宇宙的过去130亿年中古老的质量为160万个太阳的怪物。

詹姆斯韦伯太空望远镜的相机使它能够及时看回到我们宇宙的开头，在宇宙开始后仅4.4亿年在婴儿星系GN-z11的中心发现了超大质量黑洞。

空时破裂不是孤单的，它是无数在宇宙黎明期间吞噬了它们自己成可怕的尺度的黑洞之一，宇宙黎明是大爆炸后当年轻的宇宙开始辉光10亿年时的约一亿年时期。

在宇宙开始后宇宙漩涡如何在如此迅速的尺度中膨胀了是不清楚的。但寻找一个答案可能帮助解释今天的超大质量黑洞------锚定整个星系包括我们的银河系------如何生长到如此令人思维麻乱的尺寸。研究人员今年更早将他们的研究结果发表在预印本数据库arXiv上，但该研究还没有被同行评审。

剑桥大学天体物理学教授罗伯托·马约利诺（Roberto Maiolino）告诉生活科学杂志，早期宇宙中的黑洞“不能像（当今）宇宙中的许多黑洞那样安静而温和的在当地中生长，它们一定体验一些奇特的出生或形成以及一些奇特的生长”。

更接近今天，天文学家相信黑洞被诞生于巨星的坍塌。但无论它们如何成这个样子，它们都通过不停止的吞噬气体、尘埃、恒星和其他黑洞成长。随它们宴食，摩擦造成螺旋进入黑洞的咬来加热起来，它们发射能被望远镜探测到的光------将它们变成所谓的活动星系核（AGN）。

最极端的活动星系核是类星体，即比太阳更重数十亿倍的超大质量黑洞并以光爆炸的形式脱落它们的比最亮恒星更亮数万亿倍的气态茧。

因为光以一个固定的速度旅行穿过太空的真空，科学家看进宇宙越深，他们拦截的光就越遥远，他们看回时间就越后。为在这项新研究中发现黑洞，天文学家用两台红外相机------詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外仪器（MIRI）和近红外相机------扫描了天空，并用相机的内置光谱仪将光分解成它的分量频率。

通过解构来自宇宙的更早期这些微弱的微光，他们发现了在包含这种光内的频率中一个意想不到的尖峰------一个围绕一个黑洞的热物质正在跨宇宙束射出微弱的光的关键迹象。

对这些早期黑洞如何如此快增长的最流行的解释是它们被从巨型气体云的突然坍塌形成或者它们来自恒星的团块和黑洞之间的多次合并。

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尽管如此，天文学家已经没有排除这些黑洞中的一些可能一直被被假设的“原始”黑洞播种，被认为是在宇宙开始后不久------在某些理论中甚至在宇宙开始之前------创造的。

马约利诺说，“ [直接坍塌]是来制造黑洞的唯一方法不是如此清楚的，因为你需要一些特殊环境让它发生，你需要它是一个原始的云，但还没有被第一批恒星弄成的重元素增富，而且是一个相当大质量的云------从10000个到100万个太阳质量”。

为防止这样的云冷却得太快并首先坍塌成大质量恒星，它还必须被用紫外线照射，可能来自附近的一个星系或黑洞。

马约利诺说，“如此你需要这种特殊的条件，在那里云不会[通过吸收爆炸的恒星物质] 被增富，而且还毗邻另一个正在产生大量光子的星系，因此，我们不一定寻找一个单一的场景，实际上两个或更多场景在起作用”。

https://www.livescience.com/space/black-holes/james-webb-telescope-discovers-oldest-black-hole-in-the-universe