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本報北京7月3日電（記者晉浩天）詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡最新觀測數(shù)據(jù)首次揭示宇宙大爆炸早期兩顆快速增長的超大質(zhì)量黑洞（類星體）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)國際研究團(tuán)隊以《探測宇宙初期紅移超過6的類星體寄主星系的星光》為題，于日前在《自然》雜志發(fā)布一項新成果，該研究表明這些超大黑洞的質(zhì)量接近太陽的十億倍，而寄主星系的質(zhì)量幾乎是前者的上百倍。該質(zhì)量關(guān)系與來自臨近星系的觀測結(jié)果一致。
在遙遠(yuǎn)的宇宙中存在著超大質(zhì)量黑洞，這一觀測結(jié)果非但沒有給天體物理學(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間內(nèi)增長到如此巨大的？其次，更令人費(fèi)解的是，近鄰星系觀測數(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？這是一個宇宙尺度規(guī)模的“雞生蛋還是蛋生雞”問題。
研究團(tuán)隊由此開始通過詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡探索這些問題。該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月發(fā)射，目的是觀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)觀測到來自100億年前的類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@些研究追溯到類星體和星系首次形成的時期。該望遠(yuǎn)鏡開展常規(guī)化運(yùn)行僅幾個月后，該研究團(tuán)隊觀測了兩顆類星體HSC J2236+0032和HSC J2255+0251，它們發(fā)出的光經(jīng)過了130億年左右的時間到達(dá)地球——這也意味著，“光”發(fā)生時，宇宙年齡大約在8.6億年。
在精確圖形建模并摘除類星體的閃耀光線后，寄主星系的圖像清晰可見。團(tuán)隊使用該望遠(yuǎn)鏡拍攝了光譜數(shù)據(jù)，并從中觀察到寄主星系中恒星的特征譜線，進(jìn)一步支持了類星體中寄主星系的存在。該研究還打破了類星體寄主星系星光探測的最遠(yuǎn)紀(jì)錄。通過對寄主星系光度的分析，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)它們是非常龐大的星系，其恒星質(zhì)量分別是太陽質(zhì)量的1300億和340億倍。通過測量類星體周圍湍流氣體的速度，科學(xué)家推斷，驅(qū)動類星體的黑洞同樣巨大，它們的質(zhì)量分別是太陽的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)隊成員丁旭恒說。
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