詹姆斯·韦伯太空望远镜发现在古代宇宙中的“大红点”：一个名为“BiRD”的贪婪超大质量黑洞

By Robert Lea published 4 hours ago

Black Holes

“詹姆斯·韦伯太空望远镜已经开辟了河外天体物理学的新前沿，揭示我们甚至不怀疑存在的天体，而我们才刚刚开始这场冒险” 。

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（左）：一个正在进食的超大质量黑洞的描画。（右）在围绕类星体J1030的天空区域中发现的“红点”。BiRD是中心的天体：它从其它红点鹤立鸡群，因为它更近，因此更亮。(Image credit: F. Loiacono, NASA, ESA, CSA)

天文学家用詹姆斯·韦伯太空望远镜已经发现了一个存在于大爆炸后约40亿年宇宙的叫 “宇宙正午”时期的贪婪的超大质量黑洞。这一发现可能会进一步明亮照耀光在超大质量黑洞如何增长到太阳数百万甚至数十亿倍的秘密上。

这个黑洞是詹姆斯·韦伯太空望远镜一直在早期宇宙中发现叫“小红点”天体的一部分，由于这台耗资100亿美元的太空望远镜令人难以置信的强大红外眼直到最近才被发现的神秘的光点。然而由于一个质量相当于太阳的1亿倍，毕竟关于这个黑洞真的没有任何“小”的东西，发现小组将它标榜为“BiRD”，这代表大红点。

黑洞本身不发射任何光，事实上由于它们巨大的引力影响陷落任何入射光，但当这些宇宙巨人被它们正在吃食的大量物质包围时这个物质和从黑洞两极炸出的喷流创造一个非常显眼和明亮的叫类星体的天体。这些能被从很远距离看到；例如来自BiRD的光一直旅行100亿年到地球。

BiRD被发现在围绕一个先前已知叫J1030+0524（J1030）的类星体的天空区域中，它本身是一个距离地球约125亿光年正在吃食的超大质量黑洞。这片天空区域已经被天文学家很好研究，包括来自国家天体物理研究所（INAF）的这个团队。然而，在仔细分析用詹姆斯·韦伯太空望远镜近红外相机（NIRCam）仪器获得的图像和光谱同时，研究小组检测到了一种不寻常的光源。一个在红外中的已经从来没有被之前的X射线和数据揭示过的亮点。

团队负责人兼国家天体物理研究所研究员劳亚考诺（Federica Loiacono）在一份意大利语翻译的声明中说，“从校准的图像开始，一个在这个领域中存的源目录被开发。正是在那里我们注意到了BiRD：一个明亮的点一样天体，然而它不是一颗恒星，也没有出现在现有的X射线和射电目录中，我分析了它的光谱，它告诉我们关于这个天体的化学成分和一些物理属性” 。

这是可能的，因为元素在特定的和特征频率上吸收和发射光。这意味着这些元素在光的波长或光谱中留下它们的“指纹”。

劳亚考诺说：“我们发现了清楚的氢信号，特别是叫帕斯陈伽玛（Paschen-gamma）谱线，这是一种揭示存在电离氢和氦的发光签名，也在吸收过程中可见的。这些细节允许我们来估算到BiRD的距离，发现与迄今为止已知的大多数小红点相比它相对的离我们近。此外从这个来源的光谱分析，我们能够来估算中心黑洞的质量：大约是太阳的1亿倍” 。

小红点是非常紧凑的天体，有好奇的光谱特征。围绕这些天体许多可能的理论，包括一个最近的一项它们可能是一类新的叫“黑洞恒星” 天体的建议。其中一种流行的理论摆出小红点是正在吃食和生长的超大质量黑洞。这个概念的问题在于围绕贪婪的黑洞的区域应该在电磁波谱的X射线区域强的发射，但对小红点或BiRD案例似乎并非如此。

一种可能的解释是小红点是来自超大质量黑洞生长的大质量黑洞“种子”，因此仍然被厚厚的气体和尘埃外壳笼罩，笼罩吸收高能X射线辐射同时允许低能红外光溜过。

但即使在已知的小红点中，BiRD是一个奇怪的例子。

劳亚考诺解释说：“在BiRD之前只有另外两个有相同光谱特征的小红点，包括氦线和帕斯陈伽马射线在这个相同的宇宙距离内被知道。将BiRD的光谱属性与其他两个比较，我们发现了强的相似性：线宽、吸收、黑洞质量和气体密度是非常相似的。这导致了我们得出结论BiRD与小红点属于同一家族” 。

除了BiRD的发现，这项研究可以改变科学家如何思考小红点进而超大质量黑洞的生长和演化。此前认为了这些天体将在大约110亿年前随宇宙正午滚了已经开始消失。然而，该团队进行了一项估计了宇宙正午期间小红点的丰度的计算，发现它们在这个宇宙时代仍然是很多的。

劳亚考诺总结道：“现在的挑战是将研究扩展到更多附近的大红点（LRD），我们能以比遥远的大红点更详细研究这些大红点来建立一个更完整的图片。詹姆斯·韦伯太空望远镜已经开辟了河外天体物理学中一个新领域，揭示了我们甚至没有怀疑存在的天体，而我们只是在这场冒险的开始上” 。

该团队的研究于周四（10月30日）发表在《Astronomy & Astrophysics.》上