這個破紀錄的黑洞可能有助於解開宇宙之謎

有史以來觀測到的最早的活躍超大質量黑洞,為了解這些神秘天體最初是如何形成的提供了線索

Astronomers found the most distant black hole ever detected in X-rays (in a galaxy dubbed UHZ1) using the Chandra and Webb space telescopes. X-ray emission is a telltale signature of a growing supermassive black hole. This result may explain how some of t

一個破紀錄的黑洞被發現,兩個NASA望遠鏡聯手觀測到了在X射線中發現的最遙遠星系。圖中顯示的是星系團阿貝爾2744,以及在大爆炸後僅4.7億年形成的遙遠星系UHZ1。它由錢德拉X射線天文臺和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(插圖)成像。藍色光芒是來自星系團中熱氣體的X射線,插圖是來自UHZ1中心黑洞周圍熱氣體的X射線。

新發現的黑洞正在打破記錄,揭示關於這類天體如何形成的新事物。

兩架太空望遠鏡聯手探測一個巨大的 黑洞,其質量大約等於容納它的 星系。它是一個早期的啟動者:這個星系存在於大約138億年前形成我們宇宙的 大爆炸之後僅4.7億年。因此,這個黑洞的存在為了解星系中心的超大質量黑洞是如何形成的提供了巨大的線索。

黑洞是非常緻密的天體,具有如此強烈的 引力,以至於即使是光,如果靠得太近也無法逃脫。這個新黑洞是一個破紀錄者:是在X射線中觀測到的最遙遠的黑洞。因此,來自 NASA的 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(Webb或JWST) 和該機構的 錢德拉X射線天文臺的觀測捕捉到了黑洞前所未有的成長階段。


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JWST首先發現了早期星系UHZ1微弱的光芒。該星系的質量大約是太陽質量的1.4億倍。JWST看到該星系是由於引力透鏡效應,當前景巨大的星系團阿貝爾2744的引力放大了UHZ1的光線。

當錢德拉望遠鏡對UHZ1進行後續觀測並持續了兩週時,它探測到強大的X射線,這些X射線來自遙遠星系核心的超大質量黑洞引力場中盤旋的氣體盤。

哈佛-史密森天體物理學中心的Ákos Bogdán在週一(11月6日)的宣告中說:“我們需要韋伯找到這個非常遙遠的星系,而錢德拉找到它的超大質量黑洞。” Bogdán是《自然·天文學》上發表的一篇論文的主要作者,該論文描述了黑洞的X射線觀測和特徵,主要基於錢德拉的資料,但也包括韋伯的資料。

根據X射線的亮度和強度(這與黑洞引力的強度有關)判斷,該黑洞的質量在數千萬到數億太陽質量之間,相當於其宿主星系的質量。

然而,對於一個星系來說,UHZ1仍然相當小。星系形成的模型描述了它們如何從小開始,然後透過合併,與其他星系或巨大的星系際氣體雲合併而增長。不太清楚的是它們的超大質量黑洞是如何形成的

有兩種候選理論來解釋它們的形成。一種理論是,它們是透過爆炸的恆星產生的恆星質量黑洞的快速合併而形成的。另一種可能性是,超大質量黑洞直接由質量在太陽質量的1萬到10萬倍之間的坍縮氣體雲形成。

新的研究表明,新發現的黑洞在誕生時就很大,在計算X射線的亮度和能量時,估計其質量約為1000萬到1億個太陽。

普林斯頓大學的安迪·古爾丁說:“一旦黑洞形成,它們能以多快的速度增長是存在物理限制的,但那些天生質量更大的黑洞有一個先發優勢。這就像種植樹苗,與從種子開始相比,樹苗長成大樹所需的時間更少。” 古爾丁是9月22日發表在《天體物理學雜誌快報》上的一篇論文的主要作者,該論文報告了該星系的距離和質量,並且也是新發表的《自然·天文學》論文的合著者。

X射線的亮度和能量與耶魯大學理論天體物理學家普里亞姆瓦達·納塔拉詹計算預測的範圍一致,這導致了直接從氣體雲坍縮形成的“超大黑洞”的產生。

納塔拉詹在同一份宣告中說:“我們認為這是首次探測到超大黑洞,也是迄今為止獲得的關於一些黑洞是由巨大的氣體雲形成的最好的證據。” “我們第一次看到一個短暫的階段,在這個階段,超大質量黑洞的重量大約與其星系中的恆星一樣重,之後它就會落後。”

在大多數現代星系中,超大質量黑洞的質量僅佔其宿主星系的十分之一。黑洞的質量也與旋渦星系中心核球的恆星質量,或橢圓星系的整體質量相關。透過見證處於這一增長階段的活躍黑洞,這些觀測可能有助於闡明這種相關性是如何發生的。無論如何,UHZ1肯定還有很多增長要做,才能超過其黑洞的增長速度。

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