在宇宙探索的征程中,一项重大发现为科学家们打开了研究早期宇宙的新窗口。国际天文学家团队借助詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),成功探测到已知最遥远的休眠黑洞,这一成果刷新了人类对宇宙早期天体的认知。
这个休眠黑洞藏身于距离地球超过100亿光年的MRGM0138星系中。当观测到它时,宇宙尚处于30亿年的早期阶段。该黑洞质量惊人,大约是太阳的60亿倍,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绝佳机会。此前,休眠黑洞的最远距离纪录仅为这个新发现的约十五分之一,此次发现无疑将相关研究推向了新的高度。
黑洞本身不发光,这使得直接观测它们变得极为困难。对于活跃的黑洞,落入其中的气体会释放出大量辐射,形成明亮的活动星系核或类星体,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,没有气体落入其中,天文学家只能另辟蹊径,通过它对附近恒星的引力影响来探测它。
为了确定这个遥远休眠黑洞的质量,研究人员利用了JWST的观测数据,追踪围绕它运行的恒星的运动。这种方法被称为恒星动力学法,此前已被用于测量近得多的星系中的休眠黑洞质量,但此次是首次在如此遥远的宇宙距离上成功应用。通过测量围绕星系中心运行的恒星的综合运动,研究团队发现黑洞附近恒星与更远恒星的速度存在差异,这些数据为确认黑洞的存在并计算其质量提供了关键依据。这种方法与测定银河系中心黑洞质量以及附近几个星系中心黑洞质量的方法类似。
通常情况下,观测如此遥远星系中的恒星运动几乎是不可能完成的任务,但引力透镜效应为科学家们提供了解决方案。位于地球和MRGM0138之间的另一个星系,如同一个天然的宇宙放大镜,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。这种放大效应让研究团队能够以极高的细节水平重建该星系的内部结构,得以窥视黑洞的影响范围内部,在那里,黑洞的引力会加快恒星的速度,从而为测量黑洞质量创造了条件。
这一发现不仅刷新了休眠黑洞的最远距离纪录,还为了解早期宇宙中星系与其中心黑洞的共同演化提供了重要线索。对邻近星系的观测表明,星系质量与黑洞质量之间存在紧密联系,但科学家们需要更多来自宇宙历史早期阶段的数据,以弄清楚这种关系是如何形成的。此次发现的黑洞及其宿主星系都处于休眠状态,该星系不再产生新的恒星。研究人员推测,MRGM0138可能曾包含一个明亮的类星体,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,要么将这些气体驱逐出去,从而有效终止了恒星形成。