天文学家探测到超大质量黑洞前体 可能是演变的“缺失环节”

2022年05月12日 07:58 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一个国际天文学家小组在遥远的早期宇宙中发现了一个独特的天体,它是恒星形成的星系和最早的超大质量黑洞的出现之间的一个关键环节。它是利用美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜以及其他空间和地面观测站的存档数据发现的。这个天体是第一个在宇宙历史上这么早被发现的天体,它一直潜伏在夜空中研究得最好的区域之一而不被注意。

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自从这些天体在大爆炸后仅7.5亿年的距离上被发现以来,天文学家们一直在努力理解早期宇宙中超大质量黑洞的出现。理论和计算机模拟预测了在多尘的早期恒星形成的星系中快速增长的黑洞,但直到现在它们还没有被观测到。然而现在,天文学家报告说发现了一个天体,他们将其命名为GNz7q。据信这是在早期宇宙中发现的第一个这样快速增长的黑洞。来自高级测量相机的哈勃档案数据帮助研究小组研究了来自黑洞吸积盘的紧凑紫外线发射,并确定GNz7q在大爆炸后仅存在7.5亿年。

丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的天文学家、描述这一发现的论文的主要作者 Seiji Fujimoto解释说:“我们的分析表明,GNz7q是在接近宇宙中已知的最早超大质量黑洞的时代,在一个星系的尘埃核心中快速增长的黑洞的第一个例子。该天体在整个电磁波段的属性与理论模拟的预测非常一致。”

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目前的理论预测,超大质量黑洞的生命开始于大力形成恒星的"星爆"星系的尘埃笼罩的核心,然后将周围的气体和尘埃排出,成为极其光亮的类星体。虽然它们极为罕见,但在早期宇宙中已经检测到了尘埃飞扬的星系和发光的类星体的例子。研究小组认为,GNz7q可能是这两类天体之间的“缺失环节”。

“GNz7q在这两个罕见的群体之间提供了一个直接的联系,并为理解宇宙早期超大质量黑洞的快速增长提供了一条新的途径,”Fujimoto继续说道。“我们的发现是我们在后来的时代观察到的超大质量黑洞的前兆。”

虽然不能完全排除对研究小组数据的其他解释,但GNz7q的观测特性与理论预测非常一致。GNz7q的宿主星系正在以每年1600个太阳质量的恒星的速度形成恒星,而GNz7q本身在紫外线波长下显得很亮,但在X射线波长下非常暗淡。研究小组对这一点--连同宿主星系在红外波长下的亮度--进行了解释,认为GNz7q中隐藏着一个快速成长的黑洞,它仍然被位于恒星形成的宿主星系中心的吸积盘的尘埃核心所遮蔽。

除了GNz7q对于理解超大质量黑洞的起源具有重要意义之外,这一发现还值得注意,因为它位于哈勃-大天文台溯源深空巡天北天场((Hubble GOODS North)),是夜空中最受关注的区域之一。

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哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的另一位天文学家Gabriel Brammer评论说:“GNz7q是一个独特的发现,它就在一个著名的、被充分研究的天空领域的中心被发现--表明大发现往往就隐藏在你的面前,”他是这项成果背后的团队成员。“在相对较小的GOODS-N调查区域内发现GNz7q不太可能只是'愚蠢的运气',相反,这种来源的普遍性事实上可能比以前想象的要高得多。”

由于GOODS-N独特的详细的多波长数据集,发现隐藏在众目睽睽之下的GNz7q才成为可能。如果没有这种丰富的数据,GNz7q很容易被忽视,因为它缺乏通常用来识别早期宇宙中类星体的特征。该小组现在希望利用专门的高分辨率调查系统地搜索类似的天体,并利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜的光谱仪器,以前所未有的细节研究GNz7q这样的天体。

Fujimoto总结说:“通过詹姆斯·韦伯太空望远镜,全面描述这些天体的特征并更详细地探测其演变和基本物理学将成为可能。一旦进入正常运行,韦伯将有能力决定性地确定这些快速增长的黑洞到底有多普遍。”

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