“韦布”打开黑洞发现的“闸门”

本文转自：中国科学报

探测数量超预期10倍

“韦布”打开黑洞发现的“闸门”

本报讯 去年8月，美国科尔比学院天体物理学家Dale Kocevski在预印本服务器arXiv上公布了一篇论文，其中包含了詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）在一次宇宙观测中发现的黑洞的一些初步数据。然而，这篇已经发表的文章并没有预测到JWST会给这些神秘天体带来革命性的洞察力。

在那篇论文公布几周后，发现黑洞的闸门仿佛一下子被打开了。随后的几个月，一连串论文公布在预印本服务器上，宣布在遥远的宇宙中存在着比天文学家想象中更多的黑洞。

就在8月3日，一篇预印本论文又报告了十几个新发现的黑洞。JWST凭借前所未有的能力发现了大量的此类天体——从许多昏暗、遥远的黑洞到少数明亮且更遥远的黑洞。

JWST的黑洞研究仍处于早期阶段，天文学家表示，还有很多问题有待解决。但很清楚的是，它的发现可以帮助科学家回答长期以来许多关于黑洞的疑问，比如它们如何在宇宙历史的早期形成，并迅速成为真空、吸收周围的一切。

黑洞有几种大小，JWST探测到的是质量为太阳数百万到数十亿倍的巨大黑洞。天文学家不确定这些黑洞是如何形成的，它们可能涉及大质量恒星或气体云的坍塌，并吸引附近的气体和尘埃。在这种情况下，这些黑洞的“种子”会迅速生长，直到它们变成潜伏在大多数星系中心的引力“无底洞”。

黑洞本身是不可见的，其巨大的引力意味着即使是光也无法逃脱。但通过寻找围绕黑洞旋转的过热气体就能发现黑洞。在JWST之前，天文学家利用一系列空间和地面望远镜研究黑洞。但是它们只能发现最亮的黑洞，包括那些相对靠近地球的黑洞。JWST则被设计用于观测来自遥远宇宙的光，以及更遥远的黑洞，包括那些天文学家认为太暗而无法探测到的黑洞。

宇宙中的距离可以用被称为红移的量来测量——天体的红移越高，距离就越远，在宇宙历史上出现的时间也就越早。JWST新发现的许多黑洞的红移在4到6之间，这大约相当于宇宙10亿年到15亿年的历史。

瑞士联邦理工学院天体物理学家Jorryt Matthee说，在JWST的图像中，这些微弱的黑洞看起来像小而不起眼儿的气泡，但“它们与周围的星系明显不同”。

到目前为止，JWST在这些红移处发现的微弱黑洞数量大约是之前预期黑洞数量的10倍。

JWST还发现了几个有史以来最遥远的黑洞。纪录保持者位于一个已经被充分研究的星系GN-z11的中心，该星系的红移为10.6。这表明，早在宇宙大爆炸4亿年后，黑洞的种子就已经形成，并能够创造出超大质量的天体。英国剑桥大学天体物理学家Hannah Ubler说，即将进行的观测将要探索GN-z11周围过热气体流动的细节，这可能会揭示黑洞如何影响周围的空间。

JWST还在CEERS 1019星系中发现了一个红移为8.7的疑似黑洞。在宇宙最初形成的5.7亿年里，该黑洞以某种方式积累了900万倍于太阳的质量。

意大利罗马大学天体物理学家Raffaella Schneider说，JWST的发现符合最近对早期黑洞诞生的模拟。她和同事发现，如果巨大黑洞在早期阶段以极高速度吞噬气体，它们就可以在早期宇宙中形成。根据理论，这将违反黑洞生长的最大速率。但JWST的观测表明，一些黑洞，比如GN-z11中的黑洞，可能会以这种方式生长。