沉睡巨獸：60億倍太陽質量古老黑洞揭秘

詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的高度扭曲的紅色星系MRGM0138的圖像，該圖像是透過前景星系團（白色源）看到的。通過引力透鏡現象，同一個背景星系被多次成像四次。

研究人員已發現目前已知的最遙遠的休眠黑洞，其形成可追溯至宇宙早期。

圖片來源：NASAJWST

天文學家長期以來依靠明亮的類星體——即正在積極吞噬周圍物質的超大質量黑洞——來研究早期宇宙。然而這些發光天體只揭示了故事的一部分。現在，研究人員已經探測到迄今為止發現的最遙遠的休眠黑洞，為我們提供了一個難得的機會，得以窺見一個已經沉寂的巨型宇宙天體。

圖片來源：NASAJWST

由包括倫敦大學學院（UCL）科學家在內的國際團隊，在距離地球超過100億光年的星系MRGM0138中發現了這個黑洞。這項發表在《科學》雜志上的發現，將休眠黑洞的此前距離紀錄打破了15倍。

圖片來源：NASAJWST

這個黑洞的質量大約是太陽的60億倍，人們觀測到它時，宇宙才剛形成30億年。它的存在為研究大質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機會。

圖片來源：NASAJWST

為了確定其質量，研究人員利用NASA詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測數據，追蹤圍繞這個原本不可見的天體運行的恒星的運動。盡管這種被稱為恒星動力學的方法已被用于測量較近星系中的休眠黑洞，但這是它首次成功應用于如此遙遠的宇宙距離。

圖片來源：NASAJWST

資深作者、倫敦大學學院物理與天文學系的理查德埃利斯教授表示：通過確定遙遠星系核心內恒星的集體運動方式，我們得以測量其原本無法探測到的超大質量黑洞的質量。通過證明這種技術在早期宇宙星系中的可行性，我們現在可以更全面地統計黑洞隨時間的演化過程，并推斷它們在塑造星系演化中的作用。

圖片來源：NASAJWST

天文學家如何測量一個不可見黑洞的質量

黑洞本身不發光，但落入黑洞的氣體能釋放出巨大的輻射量。這些明亮的天體被稱為活動星系核或類星體，是宇宙中最明亮的現象之一，也相對容易被觀測到。

然而，MRGM0138中的超大質量黑洞處于不活躍狀態。由于目前沒有氣體落入其中，天文學家只能通過它對附近恒星的引力影響來探測它。

圖片來源：納維德馬維卡內基科學研究所

通過測量環繞星系中心運行的恒星的綜合運動，該團隊得以確認黑洞的存在并計算其質量。黑洞附近恒星與較遠恒星的速度差異為測量提供了所需的數據。

這種方法與用于測定我們銀河系中心黑洞質量的方法相似，也與用于測定附近幾個星系中黑洞質量的方法相似。不過，這是首次將該方法應用于如此遙遠的天體。此前，利用該技術研究過的最遠星系距離約為7億光年。

引力透鏡助力重要測量

通常情況下，觀測如此遙遠星系中的恒星運動是不可能的。研究人員通過利用引力透鏡效應——一種自然的宇宙放大效應——克服了這一挑戰。

位于地球和MRGM0138之間的另一個星系會彎曲并重新聚焦這個遙遠星系的光線，將其圖像放大30倍。這種放大效應使研究團隊能夠以原本無法達到的細節水平重建該星系的內部結構。

加州帕薩迪納市卡內基科學研究所的第一作者安德魯紐曼博士表示：通過將JWST數據與引力透鏡相結合，我們可以窺探黑洞的影響范圍內部——在那里，黑洞的引力會提升恒星的速度。這是我們測量黑洞質量的最佳技術之一，因此我們很興奮能將其應用于宇宙歷史上更早的時期。

此前人們只發現過少數這種大小的休眠黑洞，而且它們都離地球近得多。

這項發現揭示了星系演化的哪些方面

這一發現為星系與其中心黑洞在早期宇宙中如何共同演化提供了重要線索。對鄰近星系的觀測揭示了星系質量與黑洞質量之間存在緊密聯系，但研究人員需要更多來自宇宙歷史早期階段的數據，以了解這種關系是如何形成的。

團隊發現黑洞及其宿主星系均處于休眠狀態。該星系不再產生新的恒星，這表明MRGM0138可能曾包含一個明亮的類星體。研究人員認為，隨著黑洞的快速成長，它釋放的能量要么加熱了形成新恒星所需的氣體，要么將其驅逐，從而有效停止了恒星形成。

科學家們期望通過詹姆斯韋布空間望遠鏡（JWST）和其他太空望遠鏡的未來觀測，發現更多來自早期宇宙的休眠黑洞。這些發現可能會揭示更多關于黑洞如何抑制恒星形成，以及當新鮮物質開始流入時休眠黑洞如何重新活躍的信息。

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相關知識

黑洞是宇宙中引力極強的天體，由大質量恒星耗盡核燃料后坍縮形成。它的密度極高，事件視界內的引力強大到連光都無法逃逸，因此無法直接觀測，只能通過周圍物質形成的吸積盤輻射、引力透鏡效應等間接證據來探測其存在。

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自： https://scitechdaily.com/astronomers-discover-a-sleeping-giant-ancient-black-hole-6-billion-times-the-suns-mass/

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