詹姆斯·韦伯望远镜破译了早期宇宙中的黑洞

詹姆斯·韦伯太空望远镜最近对宇宙诞生之初的两个类星体进行的观测揭示了对黑洞与其星系之间早期关系的重要见解，反映了在最近的宇宙中看到的质量比。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 拍摄的新图像首次揭示了两个巨大星系发出的星光，这些星系拥有活跃生长的黑洞（类星体），在大爆炸后不到 10 亿年的时间里就可以看到它们。 黑洞的质量约为太阳的十亿倍，其宿主星系的质量约为太阳的一百倍，这一比例与年轻宇宙中发现的比例相似。 根据 2016 年最近的一项研究，斯巴鲁望远镜的广域观测和詹姆斯·韦伯太空探测器的强大结合，为研究遥远宇宙开辟了一条新途径。 自然。

近年来，对巨型黑洞的观测引起了天文学家的关注。 事件视界望远镜（EHT）已经开始对星系中心黑洞的“阴影”进行成像。 2020 年物理学小说奖获奖者是对星系中心恒星运动的观测。 银河系。 虽然这种巨大黑洞的存在已被证实，但没有人知道它们的起源。

天文学家报告称，在宇宙诞生的最初十亿年里，存在着质量为十亿太阳质量的黑洞，那么在宇宙如此年轻的时候，这些黑洞是如何成长到如此之大的呢？ 更令人费解的是，对当地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与它们所在的更大质量的星系之间存在明显的关系。 星系和黑洞的大小完全不同，那么黑洞和星系哪个先出现呢？ 这是宇宙层面上的“先有鸡还是先有蛋”的问题。

HSC J2236+0032 的 3.6 µm JWST NIRCam 图像。 缩略图、类星体图像以及减去类星体光后的宿主星系图像（从左到右）。 每个面板中的图像比例以光年表示。 图片来源：Ding、Ono、Silverman 等人。

由北京大学科维理天文与天体物理研究所（KIAA）科维理天体物理学研究员小野正福（Masafusa Ono）和科维理宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）研究员丁书恒领导的国际研究团队）。 ），IPMU 的 Kavli 教授 John Silverman 着手回答这个问题 詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，是通过国际合作开发的 6.5 米太空望远镜…… 美国宇航局， 这 欧洲航天局 (欧空局) 和加拿大航天局 (CSA) 于 2021 年 12 月发射。

类星体是发光的，而它们的宿主星系却是微弱的，这使得研究人员很难在类星体的辉光中探测到微弱的星系光，尤其是在长距离处。 “在红移 6 处寻找类星体的宿主星系就像戴着起雾的眼镜试图在壮观的烟花表演中发现萤火虫一样。宿主星系非常微弱，图像分辨率非常有限，即使使用 哈勃太空望远镜“这使得揭示其隐藏的美丽成为一个真正的挑战，”丁旭恒说。

美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的艺术概念图。 图片来源：NASA、ESA 和诺斯罗普·格鲁曼公司

研究小组用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了两个类星体：HSC J2236+0032 和 HSC J2255+0251，当时宇宙的年龄约为 8.6 亿年，红移分别为 6.40 和 6.34。 这两个类星体最初是通过8.2米斯巴鲁望远镜的大规模巡天发现的，迄今为止，研究小组已经识别出160多个类星体。 这些类星体的相对较低的光度使其成为测量其宿主星系特性的主要目标，而宿主的成功发现代表了迄今为止在类星体中检测到星光的第一个时代。

使用 JWST 的 NIRCam 仪器捕获了 3.56 和 1.50 微米红外波长的类星体图像，在仔细建模并减去吸积黑洞发出的辉光后，主星系变得明显。 在 JWST 的 J2236+0032 近红外光谱捕获的光谱中也可以看到宿主星系的恒星特征，支持了宿主星系的发现。 “自从在日本国家天文台攻读博士学位以来，我就一直深入参与 Subaru 对高红移类星体的调查。我对我们与 Subaru 一起成功探测到 HSC 类星体的星光感到非常自豪，”Masafusa Onoe 说道。

卡维理IPMU项目研究员丁旭恒、约翰·西尔弗曼教授和卡维理天文与天体物理研究所（PKU-KIAA）卡维理天体物理学研究员Masafusa Onoue（左起）。 图片来源：Kavli IPMU、Kavli IPMU、Masafusa Onoue

通过观察，团队发现… 黑洞 宿主星系的质量与年轻宇宙中看到的质量相似。 结果表明，黑洞与其宿主之间的关系在爆炸后的最初十亿年中就已经存在 大爆炸。 该团队将继续对更大的遥远类星体样本进行这项研究，目的是限制黑洞及其母星系在宇宙时间内的共同进化生长历史。 这些观测结果将限制黑洞及其宿主星系共同演化的模型。

阅读有关这一发现的更多信息，请参阅研究人员发现早期宇宙中的类星体宿主星系。

参考文献：“检测红移高于 6 的类星体宿主星系的恒星光”，作者：Shuheng Ding、Masafusa Onui、John D. 西尔弗曼、松冈芳树、和泉琢磨、迈克尔 A. 施特劳斯、克努德·扬克、卡姆林·L. 菲利普斯、李俊耀、玛尔塔·沃伦蒂耶里、佐尔坦·海曼、埃勒姆·陶菲克·安迪卡、青木健太郎、马场俊介、丽贝卡·佩里、莎拉·E·博斯曼、康纳·博特雷尔、安娜-克里斯蒂娜·埃勒斯、藤本征尔、梅兰妮·哈波塞特、今西正敏、稻吉航平、和志岩泽、岸川信成、俊博。 川口、Kotaro Kohno、Shin-Hsiu Lee、Alessandro Lupi、Jianwei Liu、Toru Nagao、Roderick Overzer、Jan Törg Schindler、Malte Schramm、Kazuhiro Shimasako、Yoshiki Toba、Benny Trachtenbrot、Maxim Trebich、Tommaso Trieu、Hideki Umehata、Bram B. Vennemans、Marianne Vestergaard、Fabian Walter、Feig Wang 和 Jenny Yang，2023 年 6 月 28 日， 自然。
号码：10.1038/s41586-023-06345-5