美国宇航局望远镜在星系UHZ1中发现破纪录的黑洞

四鬼丫头在

（）据美国宇航局（李·莫宏）：天文学家利用美国国家航空航天局的望远镜，发现了迄今为止在X射线中看到的最遥远的黑洞。黑洞正处于从未被目睹过的早期增长阶段，其质量与其宿主星系相似。

这个结果可能解释了宇宙中第一批超大质量黑洞是如何形成的。

通过结合美国宇航局钱德拉X射线天文台和美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的数据，一组研究人员能够在大爆炸后4.7亿年发现一个不断增长的黑洞的迹象。



天文学家使用钱德拉和韦伯太空望远镜发现了X射线探测到的最远的黑洞(在一个被称为UHZ1的星系中)。x射线辐射是超大质量黑洞成长的警示信号。这个结果可能解释了宇宙中第一批超大质量黑洞是如何形成的。这些图像显示了UHZ1背后的星系团Abell 2744，来自Chandra的X射线和来自Webb的红外数据，以及黑洞宿主星系UHZ1的特写。图像：x射线:美国航天局/CXC/SAO/á·科斯·博格丹；红外:NASA/ESA/CSA/STScI；图像处理:美国航天局/CXC/SAO/L. Frattare和K. Arcand

“我们需要韦伯找到这个非常遥远的星系，钱德拉找到它的超大质量黑洞，”哈佛&史密森尼天体物理中心(CfA)的阿科斯·波格丹一世说，他在《自然天文学》杂志上领导了一篇描述这些结果的新论文。"我们还利用了宇宙放大镜来增加我们探测到的光量."这种放大效应被称为引力透镜效应。

波格丹一世和他的团队在一个名为UHZ1的星系中发现了黑洞，该星系位于星系团Abell 2744的方向，距离地球35亿光年。然而，韦伯的数据显示，该星系比星团更遥远，距离地球132亿光年，当时宇宙只有其当前年龄的3%。

随后，钱德拉进行了两周多的观察，发现这个星系中存在强烈的、过热的X射线气体——这是一个不断增长的超大质量黑洞的标志。来自该星系的光和来自其超大质量黑洞周围气体的X射线被Abell 2744中的介入物质放大了约4倍(由于引力透镜)，增强了韦伯探测到的红外信号，并允许钱德拉探测到微弱的X射线源。

这一发现对于理解一些超大质量黑洞如何在大爆炸后很快达到巨大质量非常重要。它们是直接从巨大的气体云坍缩中形成的吗？这种坍缩产生了大约10，000到100，000个太阳重的黑洞？或者它们来自最初恒星的爆炸，这些恒星产生的黑洞只有10到100个太阳重？

“黑洞一旦形成，其增长速度是有物理限制的，但那些天生质量更大的黑洞会领先一步。普林斯顿大学的安迪·古尔丁说:“这就像种下一颗树苗，比从一粒种子开始种植要花更少的时间长成一棵大树。”。古尔丁是《自然天文学》论文的合著者，也是天体物理学杂志《快报》上一篇新论文的第一作者，该论文利用韦伯的光谱报告了银河系的距离和质量。

波格丹一世的团队已经找到了强有力的证据，证明新发现的黑洞是巨大的。根据X射线的亮度和能量，它的质量估计在1千万到1亿个太阳之间。这一质量范围与其所在星系中所有恒星的质量范围相似，这与附近宇宙中星系中心的黑洞形成鲜明对比，这些黑洞通常只包含其宿主星系恒星质量的十分之一左右。

年轻时黑洞的巨大质量，加上它产生的X射线数量和韦伯探测到的星系亮度，都与2017年耶鲁大学的合著者Priyamvada Natarajan的理论预测一致，即一个“超大黑洞”，直接由一个巨大的气体云坍塌形成。

纳塔拉詹说:“我们认为这是首次探测到‘超大黑洞’，也是迄今为止获得的最好证据，证明一些黑洞是由大规模气体云形成的。”“我们第一次看到超大质量黑洞在落后之前的短暂阶段，其重量大约相当于其星系中的恒星。”

研究人员计划利用这一结果以及从韦伯那里获得的其他结果，并结合其他望远镜获得的数据，来填充早期宇宙的更大图像。

美国宇航局的哈勃太空望远镜先前显示，来自遥远星系的光被中间星系团中的物质高度放大，这为这里描述的韦伯和钱德拉观测提供了部分动机。

描述波格丹一世团队研究结果的论文发表在《自然·天文学》上，预印本可在网上获得。

两篇论文中使用的韦伯数据是一项调查的一部分，该调查名为“再电离时代之前的超深Nirspec和nirCam观测”。由UNCOVER团队成员安迪·古尔丁领导的论文发表在《天体物理学杂志快报》上。合著者包括其他UNCOVER团队成员，加上波格丹一世和纳塔拉詹。一篇将观测到的UHZ1特性与超大黑洞星系的理论模型进行比较的详细解释论文即将发表。

NASA的马歇尔太空飞行中心管理着钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学操作和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一项国际计划。