韦伯太空望远镜观测到宇宙小红点：超大质量黑洞幼年版

darthracer · 2024-4-20 23:53

詹姆斯·韦伯太空望远镜首年服役有项出乎意料的发现：遥远的宇宙有大量微弱“红色小点”，可能改变对超大质量黑洞起源的理解决方案式。研究成果刊登于《天文物理学》期刊（Matthee et al. 2024）。

韦伯太空望远镜在宇宙某小区域发现一群小红点，哈勃太空望远镜无法区分与普通星系的差别。这些微弱小红点是极大质量黑洞的较小版，可能改变对黑洞形成的理解。研究这些小红点的结果可能使我们更接近解答天文学最重要的难题之一：根据目前模型，早期宇宙超大质量黑洞增长“太快”了，它们是如何形成的？

天文学家一致认为几乎每个大型星系中心都有一个超大质量黑洞，但非所有超大质量黑洞都长一样。银河系中心大质量黑洞就像沉睡火山，但有些超大质量黑洞通过吞噬天文等级物质迅速增长，故非常明亮，甚至于可从地球观测到。超大质量黑洞称为类星体，是宇宙最明亮的物体之一，但有些类星体过于庞大，考虑到这些类星体的宇宙年龄，质量太大了，称之为“问题类星体”。如果考虑类星体最大增长速率来自物理学一般定律，有些类星体看起来似乎长得比可能速率还快，就像5岁小孩身高有200厘米，有些地方不太对劲。超大质量黑洞是否可能增长得比最初认为更快，或形成方式不同？

韦伯太空望远镜近红外摄影机拍摄，放大可看到活跃超大质量黑洞的“问题类星体”（绿框）。新超大质量黑洞质量达100亿颗太阳质量。也捕捉到小点状红色物体（红框），几乎每张深度曝光韦伯太空望远镜形象都可看到几个这种物体，其光线也是超大质量黑洞供能。但这些黑洞质量比问题类星体小百至千倍，且因尘埃密布故呈红色。

团队辨认韦伯望远镜观测的形象显示为小红点的一群物体，证明这些物体是超大质量黑洞。确定这些“小红点”物体是超大质量黑洞的关键，是检测到有宽谱线轮廓的Hα光谱发射线。Hα光谱线是可见光的深红色谱线，氢原子加热时发射。光谱的宽度和以关注气体的运动，Hα光谱线底部越宽，气体速度越高，故光谱告诉我们正在观察非常小的气云，以极快速运动，并绕着超大质量黑洞等非常庞大的物体运行。

但这些小红点并非过度庞大，更像“幼年类星体”，质量为一亿到一亿太阳质量。此外看起来是红色的，因充满尘埃，屏蔽黑洞并使颜色变红。最终从黑洞流出的气体会穿透尘埃包层，并从小红点演化成巨人。团队认为，小红点是超大质量黑洞的小型红色版，是问题类星体出现前阶段。更详细研究这些过度庞大的超大质量黑洞幼年版，让我们更能理解问题类星体如何形成，但只算掀开序幕，夜空可探索区域等于伸直手臂时食指指甲面积二十分之一而已。

韦伯太空望远镜观测到宇宙小红点：超大质量黑洞幼年版

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