韦布望远镜发现迄今最远“黑洞星”，有望解开“小红点”之谜

IT之家 8 月 13 日消息，迄今发现距离我们最遥远的“黑洞星”出现于大爆炸后不到 6.6 亿年的宇宙中，为揭开詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST）早期宇宙图像中神秘“小红点”的起源提供了重要线索。目前较为普遍的观点认为，这些奇特天体最早于 2022 年被发现，本质上是正在成长的超大质量黑洞，外面包裹着巨大的气体云。这些气体云的光谱与红巨星等温度较低的红色恒星非常相似。最近，天文学家发现，其中一些“小红点”位于年轻星系的中心。这些星系的光线经过大约 120 亿年、误差约为 10 亿年的漫长旅程，才最终抵达地球。由于距离遥远且亮度微弱，黑洞星发出的光很难与周围星系的光区分开来。尤其是在我们知道附近很可能存在一个星系、但这个星系又暗到 JWST 无法分辨的情况下，这一问题更加棘手。JWST 的一些小红点发现不过，一颗新发现的黑洞星为解决这个问题提供了重要线索。它是在 JWST 的 Mirage or Miracle（MoM）巡天项目中发现的，有望成为连接这些神秘天体的“缺失环节”。奥地利科学技术研究院的 Jorryt Matthee，同时也是 MoM 巡天项目的联合研究人员，在一份声明中表示：“Mirage or Miracle 巡天项目专门针对那些被认为具有‘风险’的目标进行观测。这些目标要么可能成为惊人的发现，要么只是一些干扰源，例如某些看起来像遥远星系的附近冷恒星。”具体来说，该巡天项目重点关注那些看起来可能属于极高红移星系的天体，例如红移值约为 10 或更高的目标。这意味着它们存在于至少约 131 亿年前的宇宙中。据IT之家了解，这次发现的黑洞星被命名为 MoM-BH*-1，是迄今最理想的“裸黑洞星”实例。所谓“裸黑洞星”，是指天文学家基本可以确定它独立存在于太空中，而不是位于一个正在形成的星系内部。这意味着，MoM-BH*-1 发出的全部光线都来自气体云中心黑洞周围的吸积过程。尽管被厚重的气体云遮挡，我们无法直接看到这一吸积过程，但吸积产生的能量会从内部激发周围的气体云，使其发出明亮的光芒。这就像太阳内部产生的能量最终使其外层向外辐射一样。艺术家对恒星与黑洞星相似性的构想图，不过黑洞星的体积至少是太阳的 10 万倍“我们探测到的光谱，是目前关于一个正在形成的早期黑洞被气体云包裹并持续获得物质供应的最佳证据。”负责发现 MoM-BH*-1、同时担任 MoM 巡天项目联合负责人的夏威夷大学 Rohan Naidu 在声明中表示。有趣的是，MoM-BH*-1 在空间位置上距离一个处于相同红移的年轻星系很近。估算显示，黑洞星还需要大约 1 亿年才会与这个星系发生碰撞并最终合并。Naidu 和 Matthee 的团队对这个过程进行了模拟，并计算了该星系与 MoM-BH*-1 合并后的光谱。结果显示，合并后的天体外观将与此前已经在星系内部发现的“小红点”非常相似。Matthee 表示：“将黑洞星作为‘小红点’中黑洞成分的模板，有助于解释围绕这些天体存在的许多疑问。如果处于类似的宿主星系中，那么像 MoM-BH*-1 这样的黑洞星很可能会成为早期类星体的中央引擎。”从这个角度来看，MoM-BH*-1 为一个重要观点提供了有力证据：那些包含“小红点”的暗淡星系，其中心天体可能正是黑洞星。近期对一些较低红移“小红点”的观测显示，黑洞周围的气体云开始逐渐瓦解，使黑洞本身以及气体落入黑洞时产生的 X 射线暴露出来。这些黑洞似乎正在快速成长，而活跃黑洞周围的环境也会变得异常明亮，最终形成类星体。“天文学家从来不缺乏想象力。自从类星体被发现以来，人们就提出了大量理论，试图解释这些黑洞究竟是如何在如此短的时间内成长到如此巨大的规模。”Naidu 表示，“早期宇宙一定发生过某些非同寻常的事情。如今有了 JWST，我们可以直接观测那个时代，亲眼看看究竟哪些情况真实发生过。”了解超大质量黑洞是如何诞生的，以及它们是否早于周围星系形成，是 JWST 发射前确定的主要科学目标之一。在这一领域，JWST 到目前为止已经取得了非常显著的成果。尽管“小红点”直到 4 年前才被发现，但围绕它们以及黑洞星的研究正在迅速推进。如今，几乎每周都会有新的研究成果出现。“这是一个令人无比兴奋的时代，过去两三年里已经出现了近 1000 篇关于‘小红点’的论文和预印本。”Matthee 表示，“它远非一场幻象，很可能真的是一场宇宙奇迹。”这项研究于 8 月 13 日发表在《自然》（Nature）杂志上。