詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到有史以来最遥远、最古老的黑洞碰撞

虾仔123

据美国太空网（Robert Lea）：天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了有史以来探测到的超大质量黑洞之间最遥远的合并。

碰撞的黑洞是距离遥远的星系合并的核心，碰撞发生在大爆炸后7.4亿年，当时138亿年的宇宙还只是其当前年龄的一小部分。

天文学家长期以来一直怀疑，在大多数大星系的中心发现的质量是太阳数百万甚至数十亿倍的超大质量黑洞，是推动宇宙进化的原因。JWST的这一新发现表明，超大质量黑洞几乎从一开始就占据了主导地位。

JWST一直在定期发现婴儿宇宙中的超大质量黑洞，这一直是一个问题，因为促进它们生长的合并过程应该需要超过10亿年的时间。这些结果也可能有助于解开超大质量黑洞在宇宙历史早期如何发展成巨大质量的令人不安的谜团。



詹姆斯·韦伯太空望远镜看到的ZS7星系系统，揭示了有史以来最遥远的类星体碰撞。（图片来源：欧空局/韦伯、美国国家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.übler、R.Maiolino等）

研究负责人、剑桥大学科学家Hannahübler在一份声明中表示：“我们的发现表明，合并是黑洞快速生长的重要途径，即使在宇宙黎明时也是如此。”。“连同韦布对遥远宇宙中活跃的大质量黑洞的其他发现，我们的研究结果还表明，大质量黑洞从一开始就在塑造星系的进化。”

当类星体碰撞时

吞噬物质的超大质量黑洞位于天文学家所称的活动星系核（AGN）的中心。从它们的中心位置，这些明亮的黑洞提供被称为类星体的明亮发射，这些类星体通常可以比周围星系中其他恒星的组合光更明亮。

这些电磁辐射的特征使天文学家能够确定它们源自超大质量黑洞。这些特征只能通过环绕地球轨道的望远镜来确定，而要想在最遥远的类星体上看到它们，需要JWST极其强大和灵敏的红外眼。

为了研究早期宇宙中合并的类星体，übler和同事们用JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）放大了大约120亿光年外的一个名为ZS7的星系系统。

übler解释道：“我们发现了在黑洞附近有快速运动的非常致密的气体的证据，以及由黑洞在吸积[进食]过程中通常产生的高能辐射照射的高温和高度电离的气体。”。“由于其成像能力的空前清晰度，JWST还使我们的团队能够在空间上分离这两个黑洞。”



JWST放大了遥远星系区ZS7中类星体之间的碰撞（图片来源：欧空局/韦伯、美国国家航空航天局、加拿大空间局、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.übler、R.Maiolino等）

研究小组确定，参与这次合并的一个超大质量黑洞的质量相当于大约5000万个太阳。虽然他们怀疑第二个超大质量黑洞的质量相似，但由于周围有稠密的气体，科学家们无法最终证实这一点。

太空生物中心的科学家Pablo G.Pérez-González说：“我们研究的系统的恒星质量与我们的邻居大麦哲伦云相似。”。“我们可以试着想象，如果每个星系都有一个超大质量黑洞，与银河系中的黑洞一样大或更大，那么合并星系的演化会受到怎样的影响。”



詹姆斯·韦伯太空望远镜看到的ZS7星系区的全貌。（图片来源：欧空局/韦伯、美国国家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.übler、R.Maiolino等）

当这两个超大质量黑洞最终合并时，它们会使空间结构产生称为引力波的微小波纹。这些物质将以光速从碰撞中向外辐射，并可能被下一代引力波探测器探测到。

这可能包括第一个天基系统，激光干涉仪空间天线（LISA），这是一个由美国国家航空航天局和欧洲航天局（ESA）正在开发的三个航天器组成的安排，定于2035年发射。

欧空局LISA首席项目科学家Nora Luetzgendorf表示：“JWST的结果告诉我们，LISA检测到的较轻系统应该比之前假设的频率高得多。”。“这很可能会让我们在这个质量范围内调整LISA速率的模型。这只是冰山一角。”

甚至在LISA发射之前，JWST就将继续研究早期超大质量黑洞。从今年夏天开始，耗资100亿美元的望远镜第三周期运行中的一个项目将研究大爆炸后头10亿年内大质量黑洞与其宿主星系之间的关系。这将包括对合并进行搜索和定性。

这可以告诉科学家超大质量黑洞碰撞的速度，以及这是否足以解释它们在早期宇宙中的快速增长。

该团队的研究于周四（5月16日）发表在《皇家天文学会月报》上。