【正見網2023年07月12日】
據NASA太空飛行網（NASAspaceflight.com）2023年7月8日報導，研究人員利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止最遙遠的活躍超大質量黑洞。這個超大質量黑洞位於CEERS 1019 星系。
天文學家認為這個星系在大爆炸後5.7 億年就存在了。這個黑洞的質量比早期宇宙中已發現的任何其他黑洞質量都要小。不僅如此，它們還發現了另外兩個類似的黑洞，它們分別存在於大爆炸後10 億年和11億年。此外，韋伯還確定了宇宙 470 至 6.75 億年前存在的 11 個星系。這些證據是由德克薩斯大學奧斯汀分校的史蒂文·芬克爾斯坦(Steve Finkelstein)領導的宇宙演化早期發布科學調查（the Cosmic Evolution Early Release Science ，CEERS）提供。該研究項目藉助韋伯望遠鏡高靈敏度的近紅外和中紅外圖像以及光譜數據做出了這些發現。
韋伯太空望遠鏡為 CEERS調查拍攝的放大圖像，此圖像剛剛發現了宇宙中最早的黑洞。(圖像來源: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin).)
CEERS 1019 之所以引人注目，不僅因為它存在的時間久遠，還因為它的黑洞重量相對較小。這個黑洞的質量約為太陽質量的900 萬倍，遠低於早期宇宙中也存在並被其他望遠鏡探測到的其他黑洞。這些龐然大物的質量通常超過太陽的 10 億倍，而且它們更容易被發現，因為它們更亮。而CEERS 1019 內的黑洞與我們銀河系中心的黑洞更相似，其質量是太陽的460 萬倍。儘管較小，但這個黑洞存在的時間太早了，現在的天文學理論仍然很難解釋它是如何這麼快就形成的。
韋伯的數據實際上充滿了精確的信息，使得這些信息很容易從數據中提取出來。 「用這台望遠鏡觀察這個遙遠的物體很像觀察我們附近星系中黑洞的數據，」領導這項發現的德克薩斯大學奧斯汀分校的麗貝卡·拉爾森（Rebecca Larson）說。 「有這麼多譜線需要分析！」研究小組不僅可以弄清楚光譜中哪些發射來自黑洞，哪些發射來自其宿主星系，他們還可以查明黑洞正在吸收多少氣體，並確定其星系的恆星形成率。
研究小組發現這個星系正在吸收儘可能多的氣體，同時也產生新的恆星。他們通過圖像來探究其中的原因。從視覺上看，CEERS 1019 顯示為三個明亮的團塊，而不是單個圓盤。紐約羅切斯特理工學院的 CEERS 團隊成員 傑伊漢·卡爾塔爾特佩（Jeyhan Kartaltepe） 表示：「我們不習慣在這麼遠的距離看到如此多的圖像結構。」 「星系合併可能在一定程度上加劇了該星系黑洞的活動，這也可能導致恆星形成的增加。」
CEERS 調查範圍廣泛，還有更多值得探索的內容。緬因州沃特維爾科爾比學院的團隊成員戴爾·科切夫斯基和團隊很快在數據中發現了另一對小黑洞。第一個位於星系 CEERS 2782 內，最容易辨認出來。沒有任何塵埃遮擋韋伯的視野，研究人員認為它的黑洞僅在大爆炸後 11 億年就存在了。第二個黑洞位於星系 CEERS 746 中，存在時間稍早一些，即大爆炸後 10 億年。它明亮的吸積盤是一個由氣體和塵埃組成的環，環繞著它的超大質量黑洞，但仍然部分被塵埃覆蓋。科切夫斯基解釋說：「中心黑洞是可見的，但塵埃的存在表明它可能位於一個也在猛烈產生恆星的星系內。」
與 CEERS 1019 中的黑洞一樣，這兩個黑洞也是「輕量級」的——至少與之前已知的在這些距離上的超大質量黑洞相比是這樣。它們的質量只有太陽質量的1000萬倍左右。 「在韋伯望遠鏡之前，這三個黑洞都太微弱而無法被探測到。 「使用其他望遠鏡，這些目標看起來就像普通的恆星形成星系，而不是活躍的超大質量黑洞，」芬克爾斯坦補充道。
韋伯望遠鏡的敏感光譜還使這些研究人員能夠測量早期宇宙中星系的精確距離，從而測量其年齡。 研究人員還確定了大爆炸後 470 至 6.75 億年中存在的 11 個星系。它們不僅極其遙遠，而且檢測到如此多的明亮星系這一事實也值得注意。研究人員推測，韋伯探測到的星系比在這些距離發現的要少。 「韋伯返回的大量遠程星系的詳細光譜讓我不知所措，」阿拉巴爾·哈羅說。 「這些數據絕對令人難以置信。」
這些星系正在迅速形成恆星，但化學成分尚未像離我們較近的那些星系那樣豐富。 」藤本解釋道。 「這個星系群，以及我們未來可能發現的其他遙遠星系，可能會改變我們對整個宇宙歷史中恆星形成和星系演化的理解。」
這些只是 CEERS 調查的第一個突破性發現。 「到目前為止，對早期宇宙物體的研究主要是理論上的，」芬克爾斯坦說。 「有了韋伯，我們不僅可以看到極遠距離的黑洞和星系，現在還可以開始精確測量它們。這就是這台望遠鏡的巨大威力。」未來，韋伯的數據也有可能被用來修正研究人員關於黑洞在宇宙歷史的最初幾億年中如何生長和演化的模型。
參考資料：
https://www.nasaspaceflight.com/2023/07/webb-ceers1019/
