IT之家 6 月 9 日消息，天文学家借助詹姆斯・韦布空间望远镜（韦布望远镜），成功测算出一颗“沉睡的巨型天体”—— 一个休眠的超大质量黑洞的质量。该黑洞远在 100 亿光年之外，也是目前人类测得质量的最远超大质量黑洞。
这颗超大质量黑洞位于 MRG-M0138 星系的中心。我们如今观测到的这个星系，样貌停留在宇宙诞生仅约 40 亿年的时期。依托韦布望远镜，科学家探明，这一黑洞的质量惊人，相当于 60 亿个太阳。
当超大质量黑洞处于活跃吞噬物质的状态时，其周边区域会聚集大量物质，形成活动星系核，此时黑洞会变得格外醒目。受黑洞极强引力影响，活动星系核会发出耀眼光芒。但黑洞存在一层能困住光线的边界 —— 事件视界，那些物质补给不足、处于休眠状态的黑洞就极难被探测，几乎隐没在宇宙中。不过，即便这类黑洞沉寂无声，其引力也不止会搅动周遭盘旋的气体与尘埃，还会改变环绕它运行的恒星轨迹，而恒星本身是可以被观测到的。
为探测并测算这颗超大质量黑洞的质量，研究团队利用韦布望远镜，追踪了 MRG-M0138 星系中心恒星的运行轨迹。这种通过观测恒星运动测算休眠黑洞质量的方法，此前已应用于距离地球近得多的天体。例如，我们银河系中心的人马座 A 黑洞，质量相当于 430 万个太阳，科学家就曾用此法测出它的质量。人马座 A 及其周围恒星距离地球仅 2.6 万光年，而此前运用这种恒星动力学方法测算质量的黑洞，最远距离也只有 7 亿光年。此次观测距离达到了以往纪录的约 15 倍，也是该技术首次成功应用于测算如此遥远的休眠黑洞。
该研究负责人、伦敦大学学院科学家理查德・埃利斯在一份声明中表示：“通过分析这个遥远星系核心恒星的整体运动，我们得以测出这颗原本无法直接探测的超大质量黑洞的质量。这一技术在早期宇宙星系观测中的可行性得到验证，如今我们能够更全面地梳理黑洞的演化历程，进而探究它们在星系演变过程中发挥的作用。”
然而，追踪 MRG-M0138 星系中心恒星的运动绝非易事。研究还借助了一种天然宇宙现象 —— 引力透镜效应，该效应源自阿尔伯特・爱因斯坦的经典引力理论 —— 广义相对论。
什么是引力透镜效应？
广义相对论指出，有质量的天体会让时空（融合三维空间与一维时间的四维整体）发生弯曲。引力正是时空弯曲产生的效应：天体质量越大，时空弯曲程度就越高，引力也就越强。
当大型天体（如单个星系或星系团）介于地球和更遥远的天体之间时，引力透镜效应便会出现。来自遥远天体的光线，途经前方大质量天体造成的弯曲时空时，原本沿直线传播的光路会发生偏折。
光线越靠近作为“透镜”的大质量天体，偏折程度就越大。这就导致同一天体发出的光线会分不同时段抵达人类望远镜。该效应不仅能放大遥远天体的影像，在极端情况下，还会让同一天体在同一张观测图像中呈现出多个影像、分布在不同位置。
介于地球与 MRG-M0138 星系之间的星系，产生了引力透镜效应，将来自这个遥远星系的光线重新聚焦，放大了 30 倍。凭借这一条件，埃利斯及其团队得以精细还原 MRG-M0138 星系的内部结构。
美国帕萨迪纳市卡内基科学研究所的安德鲁・纽曼说：“结合韦布望远镜观测数据与引力透镜效应，我们得以窥探黑洞的引力影响范围。在这片区域内，黑洞的引力会显著提升恒星的运行速度。这是目前测算黑洞质量最有效的手段之一，能将该方法应用到宇宙更早的时期，我们都倍感振奋。”
研究团队还发现，除中心黑洞处于休眠状态外，MRG-M0138 星系本身也已停止孕育新恒星。这一现象大概率源于该超大质量黑洞早年曾疯狂吞噬物质，彼时它作为明亮的类星体，成为活动星系核的核心。剧烈活动释放的巨大能量，将气体和尘埃向外推散：一方面切断了黑洞的物质来源，使其进入休眠；另一方面也耗尽了星系内形成恒星的原料，最终让整个星系停止诞生新恒星。
借助本次观测，再结合韦布望远镜后续获取的更多休眠超大质量黑洞数据，科学家将能更深入地理解星系与超大质量黑洞的协同演化关系，以及这些宇宙巨型天体如何抑制宿主星系的恒星形成。
IT之家注意到，该研究成果已于 6 月 4 日发表在《科学》期刊上。
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