2022年4月23日,星期六

天文学家探测到超大质量黑洞的前身

一个国际天文学家团队利用NASA/ESA哈勃太空望远镜和其他空间和地面天文台的档案数据,在遥远的早期宇宙中发现了一个独特的物体,它是恒星形成星系和最早超大质量黑洞出现之间的关键联系。这是宇宙历史上第一个在这么早的时候被发现的天体,它一直潜伏在夜空中研究得最好的区域之一,而没有被注意到。

天文学家一直在努力理解超大质量黑洞在宇宙早期的出现,自从这些天体被发现的距离与宇宙早期7.5亿年的时间相对应大爆炸[1]。理论和计算机模拟预测了早期恒星形成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,天文学家报告称发现了一个物体——他们将其命名为GNz7q——据信这是早期发现的第一个如此快速增长的黑洞宇宙.来自高级观测相机的哈勃档案数据帮助研究小组研究了黑洞吸积盘发出的致密紫外线辐射,并确定了GNz7q在大爆炸后仅7.5亿年就存在。

“我们的分析表明,GNz7q是第一个在星爆星系尘埃核心中快速增长的黑洞的例子,其时代接近宇宙中已知的最早的超大质量黑洞。”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第一作者藤本清司解释道。“该物体在电磁波谱上的特性与理论模拟的预测非常一致。”

目前的理论预测,超大质量黑洞在活跃的恒星形成“星爆”星系的尘埃覆盖的核心中开始了它们的生命,然后排出周围的气体和尘埃,成为非常明亮的类星体。虽然它们非常罕见,但在早期宇宙中已经探测到尘埃星暴星系和发光类星体的例子。研究小组认为,GNz7q可能是这两类天体之间“缺失的一环”。

“GNz7q提供了这两个罕见种群之间的直接联系,并为理解快速增长的超大质量黑洞在宇宙的早期,”继续藤本。“我们的发现是我们后来观察到的超大质量黑洞的前兆。”

虽然不能完全排除对该团队数据的其他解释,但观测到的GNz7q性质与理论预测非常一致。GNz7q的宿主星系正在以每年1600个太阳质量的恒星形成恒星[2],而GNz7q本身在紫外线波长下看起来很亮,但在x射线波长下非常暗淡。研究小组解释了这一点——以及宿主星系在红外波长下的亮度——表明GNz7q隐藏着一个快速增长的黑洞,它仍然被位于恒星形成宿主星系中心的吸积盘的尘埃核心所遮蔽。

GNz7q在哈勃货物北场的作物
一个国际天文学家团队利用NASA/ESA哈勃太空望远镜和其他空间和地面天文台的档案数据,在遥远的早期宇宙中发现了一个独特的物体,它是年轻的恒星形成星系和最早的超大质量黑洞之间的关键联系。这是宇宙历史上第一个在这么早的时候被发现的天体,它一直潜伏在夜空中研究得最好的区域之一,而没有被注意到。这个被称为GNz7q的天体位于哈勃GOODS-North场图像的中央。资料来源:NASA, ESA, G. ilingworth(加州大学圣克鲁兹分校),P. Oesch(加州大学圣克鲁兹分校;耶鲁大学),R. bouvens和I. Labbé(莱顿大学),科学团队,S. Fujimoto等人(宇宙黎明中心[Dawn]和哥本哈根大学)

除了GNz7q对了解超大质量黑洞起源的重要性外,这一发现还因其位于哈勃GOODS北场而值得注意,该场是夜空中被仔细观察最多的区域之一。

“GNz7q是一个独特的发现,它是在一个著名的、经过充分研究的天空场的中心被发现的,这表明大发现往往就隐藏在你的面前。”加布里埃尔·布拉默评论道,他是哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的另一位天文学家,也是该结果背后团队的成员之一。“在相对较小的GOODS-N调查区域内发现GNz7q不太可能只是‘运气好’,而这类来源的流行程度实际上可能比之前认为的要高得多。”

多亏了GOODS-North提供的独特详细的多波长数据集,才有可能发现隐藏在显眼处的GNz7q。如果没有这些丰富的数据,GNz7q很容易被忽视,因为它缺乏通常用来识别类星体的特征早期宇宙.该团队现在希望利用专门的高分辨率调查系统地搜索类似的物体,并利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯空间望远镜的光谱仪器,以前所未有的细节研究GNz7q等物体。

“借助詹姆斯·韦伯太空望远镜,完全刻画这些天体的特征,更详细地探索它们的演化和潜在物理将成为可能。”结论藤本。“一旦正常运行,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。”

期刊引用:

  1. 藤本,S, Brammer, G.B, Watson, d等。宇宙黎明时连接星系和类星体的尘埃致密物体。自然604,261-265(2022)。DOI:10.1038 / s41586 - 022 - 04454 - 1

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