詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到有史以來最遙遠(yuǎn)、最古老的黑洞碰撞
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（蜘蛛網(wǎng)eeook.com）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：天文學(xué)家利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）發(fā)現(xiàn)了有史以來探測(cè)到的詹姆最古超大質(zhì)量黑洞之間最遙遠(yuǎn)的合并。
碰撞的斯韋史最黑洞是距離遙遠(yuǎn)的星系合并的核心，碰撞發(fā)生在大爆炸后7.4億年，伯太當(dāng)時(shí)138億年的空望宇宙還只是其當(dāng)前年齡的一小部分。
天文學(xué)家長(zhǎng)期以來一直懷疑，遠(yuǎn)鏡遙遠(yuǎn)在大多數(shù)大星系的觀測(cè)中心發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量是太陽數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞，是黑洞推動(dòng)宇宙進(jìn)化的原因。JWST的碰撞這一新發(fā)現(xiàn)表明，超大質(zhì)量黑洞幾乎從一開始就占據(jù)了主導(dǎo)地位。詹姆最古
JWST一直在定期發(fā)現(xiàn)嬰兒宇宙中的斯韋史最超大質(zhì)量黑洞，這一直是伯太一個(gè)問題，因?yàn)榇龠M(jìn)它們生長(zhǎng)的空望合并過程應(yīng)該需要超過10億年的時(shí)間。這些結(jié)果也可能有助于解開超大質(zhì)量黑洞在宇宙歷史早期如何發(fā)展成巨大質(zhì)量的遠(yuǎn)鏡遙遠(yuǎn)令人不安的謎團(tuán)。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看到的ZS7星系系統(tǒng)，揭示了有史以來最遙遠(yuǎn)的類星體碰撞。（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
研究負(fù)責(zé)人、劍橋大學(xué)科學(xué)家HannahÜbler在一份聲明中表示：“我們的發(fā)現(xiàn)表明，合并是黑洞快速生長(zhǎng)的重要途徑，即使在宇宙黎明時(shí)也是如此。”。“連同韋布對(duì)遙遠(yuǎn)宇宙中活躍的大質(zhì)量黑洞的其他發(fā)現(xiàn)，我們的研究結(jié)果還表明，大質(zhì)量黑洞從一開始就在塑造星系的進(jìn)化。”
當(dāng)類星體碰撞時(shí)
吞噬物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞位于天文學(xué)家所稱的活動(dòng)星系核（AGN）的中心。從它們的中心位置，這些明亮的黑洞提供被稱為類星體的明亮發(fā)射，這些類星體通常可以比周圍星系中其他恒星的組合光更明亮。
這些電磁輻射的特征使天文學(xué)家能夠確定它們?cè)醋猿筚|(zhì)量黑洞。這些特征只能通過環(huán)繞地球軌道的望遠(yuǎn)鏡來確定，而要想在最遙遠(yuǎn)的類星體上看到它們，需要JWST極其強(qiáng)大和靈敏的紅外眼。
為了研究早期宇宙中合并的類星體，Übler和同事們用JWST的近紅外光譜儀（NIRSpec）放大了大約120億光年外的一個(gè)名為ZS7的星系系統(tǒng)。
Übler解釋道：“我們發(fā)現(xiàn)了在黑洞附近有快速運(yùn)動(dòng)的非常致密的氣體的證據(jù)，以及由黑洞在吸積[進(jìn)食]過程中通常產(chǎn)生的高能輻射照射的高溫和高度電離的氣體。”。“由于其成像能力的空前清晰度，JWST還使我們的團(tuán)隊(duì)能夠在空間上分離這兩個(gè)黑洞。”
JWST放大了遙遠(yuǎn)星系區(qū)ZS7中類星體之間的碰撞（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、加拿大空間局、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
研究小組確定，參與這次合并的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于大約5000萬個(gè)太陽。雖然他們懷疑第二個(gè)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量相似，但由于周圍有稠密的氣體，科學(xué)家們無法最終證實(shí)這一點(diǎn)。
太空生物中心的科學(xué)家Pablo G.Pérez-González說：“我們研究的系統(tǒng)的恒星質(zhì)量與我們的鄰居大麥哲倫云相似。”。“我們可以試著想象，如果每個(gè)星系都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，與銀河系中的黑洞一樣大或更大，那么合并星系的演化會(huì)受到怎樣的影響。”
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看到的ZS7星系區(qū)的全貌。（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
當(dāng)這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞最終合并時(shí)，它們會(huì)使空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生稱為引力波的微小波紋。這些物質(zhì)將以光速從碰撞中向外輻射，并可能被下一代引力波探測(cè)器探測(cè)到。
這可能包括第一個(gè)天基系統(tǒng)，激光干涉儀空間天線（LISA），這是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家航空航天局和歐洲航天局（ESA）正在開發(fā)的三個(gè)航天器組成的安排，定于2035年發(fā)射。
歐空局LISA首席項(xiàng)目科學(xué)家Nora Luetzgendorf表示：“JWST的結(jié)果告訴我們，LISA檢測(cè)到的較輕系統(tǒng)應(yīng)該比之前假設(shè)的頻率高得多。”。“這很可能會(huì)讓我們?cè)谶@個(gè)質(zhì)量范圍內(nèi)調(diào)整LISA速率的模型。這只是冰山一角。”
甚至在LISA發(fā)射之前，JWST就將繼續(xù)研究早期超大質(zhì)量黑洞。從今年夏天開始，耗資100億美元的望遠(yuǎn)鏡第三周期運(yùn)行中的一個(gè)項(xiàng)目將研究大爆炸后頭10億年內(nèi)大質(zhì)量黑洞與其宿主星系之間的關(guān)系。這將包括對(duì)合并進(jìn)行搜索和定性。
這可以告訴科學(xué)家超大質(zhì)量黑洞碰撞的速度，以及這是否足以解釋它們?cè)谠缙谟钪嬷械目焖僭鲩L(zhǎng)。
該團(tuán)隊(duì)的研究于周四（5月16日）發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》上。
碰撞的斯韋史最黑洞是距離遙遠(yuǎn)的星系合并的核心，碰撞發(fā)生在大爆炸后7.4億年，伯太當(dāng)時(shí)138億年的空望宇宙還只是其當(dāng)前年齡的一小部分。
天文學(xué)家長(zhǎng)期以來一直懷疑，遠(yuǎn)鏡遙遠(yuǎn)在大多數(shù)大星系的觀測(cè)中心發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量是太陽數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞，是黑洞推動(dòng)宇宙進(jìn)化的原因。JWST的碰撞這一新發(fā)現(xiàn)表明，超大質(zhì)量黑洞幾乎從一開始就占據(jù)了主導(dǎo)地位。詹姆最古
JWST一直在定期發(fā)現(xiàn)嬰兒宇宙中的斯韋史最超大質(zhì)量黑洞，這一直是伯太一個(gè)問題，因?yàn)榇龠M(jìn)它們生長(zhǎng)的空望合并過程應(yīng)該需要超過10億年的時(shí)間。這些結(jié)果也可能有助于解開超大質(zhì)量黑洞在宇宙歷史早期如何發(fā)展成巨大質(zhì)量的遠(yuǎn)鏡遙遠(yuǎn)令人不安的謎團(tuán)。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看到的ZS7星系系統(tǒng)，揭示了有史以來最遙遠(yuǎn)的類星體碰撞。（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
研究負(fù)責(zé)人、劍橋大學(xué)科學(xué)家HannahÜbler在一份聲明中表示：“我們的發(fā)現(xiàn)表明，合并是黑洞快速生長(zhǎng)的重要途徑，即使在宇宙黎明時(shí)也是如此。”。“連同韋布對(duì)遙遠(yuǎn)宇宙中活躍的大質(zhì)量黑洞的其他發(fā)現(xiàn)，我們的研究結(jié)果還表明，大質(zhì)量黑洞從一開始就在塑造星系的進(jìn)化。”
當(dāng)類星體碰撞時(shí)
吞噬物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞位于天文學(xué)家所稱的活動(dòng)星系核（AGN）的中心。從它們的中心位置，這些明亮的黑洞提供被稱為類星體的明亮發(fā)射，這些類星體通常可以比周圍星系中其他恒星的組合光更明亮。
這些電磁輻射的特征使天文學(xué)家能夠確定它們?cè)醋猿筚|(zhì)量黑洞。這些特征只能通過環(huán)繞地球軌道的望遠(yuǎn)鏡來確定，而要想在最遙遠(yuǎn)的類星體上看到它們，需要JWST極其強(qiáng)大和靈敏的紅外眼。
為了研究早期宇宙中合并的類星體，Übler和同事們用JWST的近紅外光譜儀（NIRSpec）放大了大約120億光年外的一個(gè)名為ZS7的星系系統(tǒng)。
Übler解釋道：“我們發(fā)現(xiàn)了在黑洞附近有快速運(yùn)動(dòng)的非常致密的氣體的證據(jù)，以及由黑洞在吸積[進(jìn)食]過程中通常產(chǎn)生的高能輻射照射的高溫和高度電離的氣體。”。“由于其成像能力的空前清晰度，JWST還使我們的團(tuán)隊(duì)能夠在空間上分離這兩個(gè)黑洞。”
JWST放大了遙遠(yuǎn)星系區(qū)ZS7中類星體之間的碰撞（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、加拿大空間局、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
研究小組確定，參與這次合并的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于大約5000萬個(gè)太陽。雖然他們懷疑第二個(gè)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量相似，但由于周圍有稠密的氣體，科學(xué)家們無法最終證實(shí)這一點(diǎn)。
太空生物中心的科學(xué)家Pablo G.Pérez-González說：“我們研究的系統(tǒng)的恒星質(zhì)量與我們的鄰居大麥哲倫云相似。”。“我們可以試著想象，如果每個(gè)星系都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，與銀河系中的黑洞一樣大或更大，那么合并星系的演化會(huì)受到怎樣的影響。”
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看到的ZS7星系區(qū)的全貌。（圖片來源：uux.cn歐空局/韋伯、美國(guó)國(guó)家航空航天局、CSA、J.Dunlop、D.Magee、P.G.Pérez-González、H.Übler、R.Maiolino等）
當(dāng)這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞最終合并時(shí)，它們會(huì)使空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生稱為引力波的微小波紋。這些物質(zhì)將以光速從碰撞中向外輻射，并可能被下一代引力波探測(cè)器探測(cè)到。
這可能包括第一個(gè)天基系統(tǒng)，激光干涉儀空間天線（LISA），這是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家航空航天局和歐洲航天局（ESA）正在開發(fā)的三個(gè)航天器組成的安排，定于2035年發(fā)射。
歐空局LISA首席項(xiàng)目科學(xué)家Nora Luetzgendorf表示：“JWST的結(jié)果告訴我們，LISA檢測(cè)到的較輕系統(tǒng)應(yīng)該比之前假設(shè)的頻率高得多。”。“這很可能會(huì)讓我們?cè)谶@個(gè)質(zhì)量范圍內(nèi)調(diào)整LISA速率的模型。這只是冰山一角。”
甚至在LISA發(fā)射之前，JWST就將繼續(xù)研究早期超大質(zhì)量黑洞。從今年夏天開始，耗資100億美元的望遠(yuǎn)鏡第三周期運(yùn)行中的一個(gè)項(xiàng)目將研究大爆炸后頭10億年內(nèi)大質(zhì)量黑洞與其宿主星系之間的關(guān)系。這將包括對(duì)合并進(jìn)行搜索和定性。
這可以告訴科學(xué)家超大質(zhì)量黑洞碰撞的速度，以及這是否足以解釋它們?cè)谠缙谟钪嬷械目焖僭鲩L(zhǎng)。
該團(tuán)隊(duì)的研究于周四（5月16日）發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》上。