詹姆斯·韦伯望远镜首次直接测量古代超大质量黑洞

詹姆斯·韦伯太空望远镜记录了对年轻宇宙中超大质量黑洞质量的首次直接测量。 Abell2744-QSO1的中心天体重量约为太阳质量的5000万倍。它位于大爆炸 7 亿年后的一个红色小星系的中心。

研究人员绘制了黑洞周围气体运动的地图。分析表明它主导了系统的总质量。这一发现引发了关于这些巨大物体如何在宇宙历史如此早期出现的新讨论。

詹姆斯·韦伯如何测量黑洞的质量

研究小组使用望远镜的 NIRSpec 仪器从轨道上观察气体。近红外光谱仪捕获的速度遵循精确的开普勒模式。这种运动表明几乎所有的质量都集中在一个中心点。

• 气体在中心附近旋转得更快
• 速度曲线证实了点引力
• 以前的测量依赖于间接方法
• 现在质量已直接根据气体动力学计算出来

该黑洞至少占 Abell2744-QSO1 总质量的三分之二。银河系中的恒星数量要少得多。这种不平衡挑战了星系和黑洞在数十亿年里一起生长的经典模型。

Abell2744-QSO1 属于小红点类

这些致密的微红色天体在詹姆斯·韦伯的最初观察中大量出现。它们在宇宙诞生的最初十亿年中很常见，但在今天几乎不存在。 Abell2744-QSO1 是同类产品中首款直接测量质量的产品。

周围的星系暗淡无光。中心黑洞发出接近原始的氢和氦气的光。低金属丰度强化了环境接近初始宇宙的环境。

对黑洞形成的影响

结果表明，一些超大质量黑洞可能在它们所在的星系之前就出现了。两个假设从数据中得到证实。一种说法是大量气体云的直接塌陷。另一个提到了大爆炸后不久形成的原始黑洞。

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剑桥大学的 Roberto Maiolino 强调了这一影响。这一发现代表了对经典形成情景的回顾。这些文章于同一天发表在《自然》和《皇家天文学会月刊》上。

Abell2744-QSO1 的黑洞比银河系中所有恒星的质量总和还要大。这个比例远远超过了当地宇宙中所看到的，在当地宇宙中，黑洞只占恒星质量的一小部分。

NIRSpec 观察的技术细节

NIRSpec 的整体现场单元使其能够绘制距中心不同距离的速度图。研究人员将实际运动与不同质量分布的预期运动进行了比较。只有一个点物体才能解释观察到的开普勒旋转。

Ignas Juodžbalis 和 Cosimo Marconcini 领导了部分工作。此次合作涉及佛罗伦萨大学、马克斯·普朗克研究所和本-古里安大学等机构。

早期宇宙的未来研究会发生什么变化

天文学家现在计划使用相同的技术观察更多的小红点。目的是了解 Abell2744-QSO1 是一个例外还是代表了年轻宇宙中的常见模式。詹姆斯·韦伯继续提供质疑既定模型的数据。

这一发现强化了望远镜作为宇宙学重要工具的作用。每一次新的直接测量都让科学家们更接近宇宙结构形成第一章的答案。