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(資料圖片僅供參考)

本報(bào)北京7月3日電（記者晉浩天）詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡最新觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)首次揭示宇宙大爆炸早期兩顆快速增長(zhǎng)的超大質(zhì)量黑洞（類(lèi)星體）所在寄主星系的星光。北京大學(xué)天文學(xué)家聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)以《探測(cè)宇宙初期紅移超過(guò)6的類(lèi)星體寄主星系的星光》為題，于日前在《自然》雜志發(fā)布一項(xiàng)新成果，該研究表明這些超大黑洞的質(zhì)量接近太陽(yáng)的十億倍，而寄主星系的質(zhì)量幾乎是前者的上百倍。該質(zhì)量關(guān)系與來(lái)自臨近星系的觀(guān)測(cè)結(jié)果一致。

在遙遠(yuǎn)的宇宙中存在著超大質(zhì)量黑洞，這一觀(guān)測(cè)結(jié)果非但沒(méi)有給天體物理學(xué)家提供揭秘宇宙的答案，反而引發(fā)了更多困惑。首先，在宇宙誕生之初，這些超大黑洞是如何在短時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)到如此巨大的？其次，更令人費(fèi)解的是，近鄰星系觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，超大黑洞與它們所在的寄主星系之間存在顯著的質(zhì)量相關(guān)性。然而星系和黑洞的尺寸差別很大，兩者聯(lián)系是如何建立的？是黑洞先演化還是星系先演化？這是一個(gè)宇宙尺度規(guī)模的“雞生蛋還是蛋生雞”問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)由此開(kāi)始通過(guò)詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡探索這些問(wèn)題。該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月發(fā)射，目的是觀(guān)察宇宙早期階段的寄主星系和黑洞，從而進(jìn)一步探尋它們?nèi)绾涡纬刹⑾嗷ヂ?lián)系的。在詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡投入使用之前，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最遠(yuǎn)觀(guān)測(cè)到來(lái)自100億年前的類(lèi)星體寄主星系的星光。值得注意的是，當(dāng)前的理論模型預(yù)測(cè)宇宙目前的年齡在138億年左右。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡在紅外波段下的超強(qiáng)靈敏度和超清晰成像能力，使研究人員能夠?qū)⑦@些研究追溯到類(lèi)星體和星系首次形成的時(shí)期。該望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展常規(guī)化運(yùn)行僅幾個(gè)月后，該研究團(tuán)隊(duì)觀(guān)測(cè)了兩顆類(lèi)星體HSCJ2236+0032和HSCJ2255+0251，它們發(fā)出的光經(jīng)過(guò)了130億年左右的時(shí)間到達(dá)地球——這也意味著，“光”發(fā)生時(shí)，宇宙年齡大約在8.6億年。

在精確圖形建模并摘除類(lèi)星體的閃耀光線(xiàn)后，寄主星系的圖像清晰可見(jiàn)。團(tuán)隊(duì)使用該望遠(yuǎn)鏡拍攝了光譜數(shù)據(jù)，并從中觀(guān)察到寄主星系中恒星的特征譜線(xiàn)，進(jìn)一步支持了類(lèi)星體中寄主星系的存在。該研究還打破了類(lèi)星體寄主星系星光探測(cè)的最遠(yuǎn)紀(jì)錄。通過(guò)對(duì)寄主星系光度的分析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)它們是非常龐大的星系，其恒星質(zhì)量分別是太陽(yáng)質(zhì)量的1300億和340億倍。通過(guò)測(cè)量類(lèi)星體周?chē)牧鳉怏w的速度，科學(xué)家推斷，驅(qū)動(dòng)類(lèi)星體的黑洞同樣巨大，它們的質(zhì)量分別是太陽(yáng)的14億倍和2億倍。“這些宇宙早期的黑洞與寄主星系的質(zhì)量關(guān)系和近鄰星系情況相似，這表明大爆炸后約8億年內(nèi)黑洞與寄主之間的質(zhì)量關(guān)系便已建立。”團(tuán)隊(duì)成員丁旭恒說(shuō)。

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JWST NIRCam 3.6μm 觀(guān)測(cè)到的HSC J2236+0032 （Credit: Ding, Onoue, Silverman et al.），從左到右分別是JWST的類(lèi)星體所在視場(chǎng)圖、類(lèi)星體圖以及摘除類(lèi)星體后呈現(xiàn)出的寄主星系圖。 圖像尺度比例以光年為單位顯示于每個(gè)面板中（圖片來(lái)自北京大學(xué)新聞網(wǎng)）