沉睡巨兽：60亿倍太阳质量古老黑洞揭秘
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的高度扭曲的红色星系MRGM0138的图像，该图像是透过前景星系团（白色源）看到的。通过引力透镜现象，同一个背景星系被多次成像四次。
研究人员已发现目前已知的最遥远的休眠黑洞，其形成可追溯至宇宙早期。
图片来源：NASAJWST
天文学家长期以来依靠明亮的类星体——即正在积极吞噬周围物质的超大质量黑洞——来研究早期宇宙。然而这些发光天体只揭示了故事的一部分。现在，研究人员已经探测到迄今为止发现的最遥远的休眠黑洞，为我们提供了一个难得的机会，得以窥见一个已经沉寂的巨型宇宙天体。
图片来源：NASAJWST
由包括伦敦大学学院（UCL）科学家在内的国际团队，在距离地球超过100亿光年的星系MRGM0138中发现了这个黑洞。这项发表在《科学》杂志上的发现，将休眠黑洞的此前距离纪录打破了15倍。
图片来源：NASAJWST
这个黑洞的质量大约是太阳的60亿倍，人们观测到它时，宇宙才刚形成30亿年。它的存在为研究大质量黑洞及其宿主星系在宇宙形成初期的演化提供了前所未有的机会。
图片来源：NASAJWST
为了确定其质量，研究人员利用NASA詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据，追踪围绕这个原本不可见的天体运行的恒星的运动。尽管这种被称为恒星动力学的方法已被用于测量较近星系中的休眠黑洞，但这是它首次成功应用于如此遥远的宇宙距离。
图片来源：NASAJWST
资深作者、伦敦大学学院物理与天文学系的理查德埃利斯教授表示：通过确定遥远星系核心内恒星的集体运动方式，我们得以测量其原本无法探测到的超大质量黑洞的质量。通过证明这种技术在早期宇宙星系中的可行性，我们现在可以更全面地统计黑洞随时间的演化过程，并推断它们在塑造星系演化中的作用。
图片来源：NASAJWST
天文学家如何测量一个不可见黑洞的质量
黑洞本身不发光，但落入黑洞的气体能释放出巨大的辐射量。这些明亮的天体被称为活动星系核或类星体，是宇宙中最明亮的现象之一，也相对容易被观测到。
然而，MRGM0138中的超大质量黑洞处于不活跃状态。由于目前没有气体落入其中，天文学家只能通过它对附近恒星的引力影响来探测它。
图片来源：纳维德马维卡内基科学研究所
通过测量环绕星系中心运行的恒星的综合运动，该团队得以确认黑洞的存在并计算其质量。黑洞附近恒星与较远恒星的速度差异为测量提供了所需的数据。
这种方法与用于测定我们银河系中心黑洞质量的方法相似，也与用于测定附近几个星系中黑洞质量的方法相似。不过，这是首次将该方法应用于如此遥远的天体。此前，利用该技术研究过的最远星系距离约为7亿光年。
引力透镜助力重要测量
通常情况下，观测如此遥远星系中的恒星运动是不可能的。研究人员通过利用引力透镜效应——一种自然的宇宙放大效应——克服了这一挑战。
位于地球和MRGM0138之间的另一个星系会弯曲并重新聚焦这个遥远星系的光线，将其图像放大30倍。这种放大效应使研究团队能够以原本无法达到的细节水平重建该星系的内部结构。
加州帕萨迪纳市卡内基科学研究所的第一作者安德鲁纽曼博士表示：通过将JWST数据与引力透镜相结合，我们可以窥探黑洞的影响范围内部——在那里，黑洞的引力会提升恒星的速度。这是我们测量黑洞质量的最佳技术之一，因此我们很兴奋能将其应用于宇宙历史上更早的时期。
此前人们只发现过少数这种大小的休眠黑洞，而且它们都离地球近得多。
这项发现揭示了星系演化的哪些方面
这一发现为星系与其中心黑洞在早期宇宙中如何共同演化提供了重要线索。对邻近星系的观测揭示了星系质量与黑洞质量之间存在紧密联系，但研究人员需要更多来自宇宙历史早期阶段的数据，以了解这种关系是如何形成的。
团队发现黑洞及其宿主星系均处于休眠状态。该星系不再产生新的恒星，这表明MRGM0138可能曾包含一个明亮的类星体。研究人员认为，随着黑洞的快速成长，它释放的能量要么加热了形成新恒星所需的气体，要么将其驱逐，从而有效停止了恒星形成。
科学家们期望通过詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）和其他太空望远镜的未来观测，发现更多来自早期宇宙的休眠黑洞。这些发现可能会揭示更多关于黑洞如何抑制恒星形成，以及当新鲜物质开始流入时休眠黑洞如何重新活跃的信息。
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相关知识
黑洞是宇宙中引力极强的天体，由大质量恒星耗尽核燃料后坍缩形成。它的密度极高，事件视界内的引力强大到连光都无法逃逸，因此无法直接观测，只能通过周围物质形成的吸积盘辐射、引力透镜效应等间接证据来探测其存在。
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://scitechdaily.com/astronomers-discover-a-sleeping-giant-ancient-black-hole-6-billion-times-the-suns-mass/
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