用普通相机拍,它只是一个平平无奇、正在孕育恒星的年轻星系。换上红外镜头,它瞬间变成了一头吞噬一切的宇宙怪兽。
这个被天文学家命名为"维吉尔"的天体,正在颠覆我们对超大质量黑洞如何在宇宙早期形成的根本认知。
这项研究由亚利桑那大学斯图尔德天文台的天文学家乔治·里克教授和皮尔路易吉·里纳尔迪主导,成果发表于《天体物理学杂志》。维吉尔存在于宇宙大爆炸后约8亿年时的早期宇宙,属于詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的一类神秘致密天体,被称为"小红点"。
问题在于,在使用韦伯望远镜的近红外相机(NIRCam)或近红外光谱仪(NIRSpec)观测时,维吉尔与普通的恒星形成星系毫无二致,没有任何异常。只有当研究人员启用韦伯望远镜上专门设计的中红外仪器MIRI进行更深层次的曝光观测时,一个被厚厚尘埃遮蔽、正以惊人速度吞噬周围物质的超大质量黑洞,才猛然从数据中浮现出来。
更令人震惊的是维吉尔黑洞的质量。根据观测推算,这个黑洞的质量远超其宿主星系所能"养得起"的规模,属于所谓的"超质量"黑洞,即黑洞的质量远大于星系恒星总质量所允许的理论上限。
在韦伯望远镜诞生之前,天文学界普遍接受的理论是:星系先形成,然后在其核心逐渐孕育出黑洞,两者同步生长。然而韦伯的观测正在系统性地瓦解这一图景。里克教授对此直言不讳:"韦伯让我们意识到,过去关于超大质量黑洞如何形成的想法,几乎完全是错的。看起来,在很多情况下,黑洞的生长反而走在了星系前面。"
这一发现的意义不仅在于维吉尔本身。研究人员指出,目前大量针对高红移天体的韦伯观测,使用NIRCam进行深曝光,而MIRI的观测时间则相对较短,深度不足。这意味着可能存在相当数量的"维吉尔式天体"正被系统性地漏掉,藏在尘埃背后,在现有数据库中以普通星系的面目示人。
这一类被尘埃遮蔽的黑洞群体,甚至可能在宇宙再电离时期发挥了重要作用。宇宙再电离发生在大爆炸后约1到2亿年,是宇宙从黑暗时代走向第一批星系点亮的转折点。如果当时存在大量此类"隐藏怪兽",它们的能量输出对宇宙环境的影响,将需要被纳入全新的理论框架中重新计算。
"韦伯将会有一段精彩的故事要讲,"里纳尔迪说,"随着它慢慢揭开越来越多天体的伪装,一个共同的叙事将会浮现。"
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