这个破纪录的黑洞可能有助于解开宇宙之谜

有史以来观测到的最早的活跃超大质量黑洞,为了解这些神秘天体最初是如何形成的提供了线索

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

一个破纪录的黑洞被发现,两个NASA望远镜联手观测到了在X射线中发现的最遥远星系。图中显示的是星系团阿贝尔2744,以及在大爆炸后仅4.7亿年形成的遥远星系UHZ1。它由钱德拉X射线天文台和詹姆斯·韦伯太空望远镜(插图)成像。蓝色光芒是来自星系团中热气体的X射线,插图是来自UHZ1中心黑洞周围热气体的X射线。

新发现的黑洞正在打破记录,揭示关于这类天体如何形成的新事物。

两架太空望远镜联手探测一个巨大的 黑洞,其质量大约等于容纳它的 星系。它是一个早期的启动者:这个星系存在于大约138亿年前形成我们宇宙的 大爆炸之后仅4.7亿年。因此,这个黑洞的存在为了解星系中心的超大质量黑洞是如何形成的提供了巨大的线索。

黑洞是非常致密的天体,具有如此强烈的 引力,以至于即使是光,如果靠得太近也无法逃脱。这个新黑洞是一个破纪录者:是在X射线中观测到的最遥远的黑洞。因此,来自 NASA的 詹姆斯·韦伯太空望远镜(Webb或JWST) 和该机构的 钱德拉X射线天文台的观测捕捉到了黑洞前所未有的成长阶段。


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JWST首先发现了早期星系UHZ1微弱的光芒。该星系的质量大约是太阳质量的1.4亿倍。JWST看到该星系是由于引力透镜效应,当前景巨大的星系团阿贝尔2744的引力放大了UHZ1的光线。

当钱德拉望远镜对UHZ1进行后续观测并持续了两周时,它探测到强大的X射线,这些X射线来自遥远星系核心的超大质量黑洞引力场中盘旋的气体盘。

哈佛-史密森天体物理学中心的Ákos Bogdán在周一(11月6日)的声明中说:“我们需要韦伯找到这个非常遥远的星系,而钱德拉找到它的超大质量黑洞。” Bogdán是《自然·天文学》上发表的一篇论文的主要作者,该论文描述了黑洞的X射线观测和特征,主要基于钱德拉的数据,但也包括韦伯的数据。

根据X射线的亮度和强度(这与黑洞引力的强度有关)判断,该黑洞的质量在数千万到数亿太阳质量之间,相当于其宿主星系的质量。

然而,对于一个星系来说,UHZ1仍然相当小。星系形成的模型描述了它们如何从小开始,然后通过合并,与其他星系或巨大的星系际气体云合并而增长。不太清楚的是它们的超大质量黑洞是如何形成的

有两种候选理论来解释它们的形成。一种理论是,它们是通过爆炸的恒星产生的恒星质量黑洞的快速合并而形成的。另一种可能性是,超大质量黑洞直接由质量在太阳质量的1万到10万倍之间的坍缩气体云形成。

新的研究表明,新发现的黑洞在诞生时就很大,在计算X射线的亮度和能量时,估计其质量约为1000万到1亿个太阳。

普林斯顿大学的安迪·古尔丁说:“一旦黑洞形成,它们能以多快的速度增长是存在物理限制的,但那些天生质量更大的黑洞有一个先发优势。这就像种植树苗,与从种子开始相比,树苗长成大树所需的时间更少。” 古尔丁是9月22日发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文的主要作者,该论文报告了该星系的距离和质量,并且也是新发表的《自然·天文学》论文的合著者。

X射线的亮度和能量与耶鲁大学理论天体物理学家普里亚姆瓦达·纳塔拉詹计算预测的范围一致,这导致了直接从气体云坍缩形成的“超大黑洞”的产生。

纳塔拉詹在同一份声明中说:“我们认为这是首次探测到超大黑洞,也是迄今为止获得的关于一些黑洞是由巨大的气体云形成的最好的证据。” “我们第一次看到一个短暂的阶段,在这个阶段,超大质量黑洞的重量大约与其星系中的恒星一样重,之后它就会落后。”

在大多数现代星系中,超大质量黑洞的质量仅占其宿主星系的十分之一。黑洞的质量也与旋涡星系中心核球的恒星质量,或椭圆星系的整体质量相关。通过见证处于这一增长阶段的活跃黑洞,这些观测可能有助于阐明这种相关性是如何发生的。无论如何,UHZ1肯定还有很多增长要做,才能超过其黑洞的增长速度。

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