韦伯太空望远镜发现有史以来最古老、最遥远的黑洞

詹姆斯韦伯望远镜发现迄今为止最古老最遥远的黑洞-爆炸后超大黑洞存在无限迅速增长了4000亿年

詹姆斯韦伯太空望远镜哈勃太空望远镜观测到的星系GN-z11，以及喂养黑洞的插图（插图）。（图片来源：NMASA,ESA,P.Qesch,(耶鲁大学）,G.Brammer(SISC),P。

van Dokkum（耶鲁大学）和G.Illingworth（加州大学圣克鲁兹分校）（插图）Robert Lea一个天文学家团队使用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）发现了有史以来最遥远和最古老的黑洞，因为它正在吞噬其宿主星系。这一发现可能是理解超大质量黑洞如何在宇宙早期达到相当于太阳质量数百万亿倍的巨大进步。

黑洞位于远古星系GN-z11中，距离地球134亿光年，大爆炸后仅4亿年。它本身的质量大约是太阳的600万倍，并且似乎比目前理论认为的极限更快五倍。剑桥大学物理系和团队负责人罗伯托·马奥利诺（Roberto Maiolino）在一份声明中称，这一发现是黑洞科学的“巨大飞跃”。“在宇宙中看到如此巨大的黑洞还很早，所以我们必须考虑它们可能形成的其他方式，”Maiolino在声明中说。“非常早期的星系非常富含气体，所以它们就像黑洞的自助餐。

超大质量黑洞暴食者？

詹姆斯韦伯太空望远镜宇宙年龄小于10亿年时形成的早期超大质量黑洞的大小对于形成理论来说是一个问题，因为要达到太阳质量的数百万或数十亿倍，需要数十亿年的不断喂养。“这就像看到一个家庭走在街上，他们有两个六英尺高的青少年，但他们也有一个六英尺高的幼儿。梅努斯大学的研究员约翰·里根没有参与这项研究，他告诉太空人。

com参考之前的发现。“这有点问题；孩子怎么会长这么高？宇宙中的超大质量黑洞也是如此。他们怎么会这么快就这么大？“科学家目前有两条主要路线可以让黑洞在早期宇宙中达到超大质量状态。它们可能是小黑洞种子，是在大质量恒星生命结束时坍缩并在数百万或数十亿年后产生的，或者它们可以完全跳过这个阶段。如果大量的冷气体和尘埃云坍缩，立即形成质量是太阳数百万倍的“重黑洞种子”，就可能发生这种情况。这样，这个过程就可以在数百万或数十亿年的恒星演化中快速前进，在帮助黑洞种子成长为超大质量黑洞的喂养和合并过程中取得领先。这个新的古老黑洞的发现是太阳质量的几百万倍。

詹姆斯韦伯太空望远镜事件视界望远镜是一个由八个地面射电望远镜组成的行星尺度阵列，通过国际合作打造，捕捉到了M87星系中心超大质量黑洞及其阴影的这张图像。（图片来源：EHT Collaboration）

然而，另一方面，GN-z11中的黑洞吸积物质的速度可能表明，黑洞可能能够比在早期宇宙中发现的其他黑洞更快地进食。这将是小黑洞种子理论的一条腿。一个被称为爱丁顿极限的数学公式标记了一个物体，像恒星一样，在没有辐射的情况下（其光度）将质量推开，从而切断食物供应的情况下，可以多快地积累质量。

虽然黑洞不会发光，因为它们会被称为事件视界的光捕获边界所包围，但它们巨大的引力影响确实会导致围绕它们旋转的物质被剧烈搅动和加热，在此过程中发出辐射。黑洞进给得越快，来自该区域的光线就越强烈，称为活动星系核（AGN）。因此，爱丁顿极限适用于这个区域，它可以类似地将物质推开并切断黑洞的疯狂进食。这个新发现的黑洞正以比爱丁顿极限高五倍的速度从其宿主星系吸收物质。所谓的“超级爱丁顿吸积”时期可能会发生，但会在有限的时间内发生。

詹姆斯韦伯太空望远镜他的研究小组估计，如果这段对这个缺乏洞的贪婪进食的时期已经持续了一亿年，它可能不需要以沉重的黑洞种子的形式开始生命。它可能是由大爆炸后大约2.5亿到3.7亿年之间的一个更轻的恒星质量黑洞种子形成的，并迅速增长到JWST在1340万年前观察到的质量。

喂养黑洞可能毁灭其宿主星系

团队相当肯定的一件事是，这个黑洞的密集喂养负责GN-z11本身，它比银河系小大约100倍，并且非常明亮。但贪吃的黑洞也可能阻碍其宿主星系的生长。从喂养黑洞周围喷出的超快粒子风很可能会将星系中心的气体和尘埃推开。寒冷的气体和尘埃云坍缩到诞生恒星，所以这意味着黑洞正在碾磨恒星的诞生停止，在这个过程中“杀死”这个小星系的生长。除了了解更多关于这个黑洞及其星系的信息，这项研究背后的团队认为，JWST的力量应该有助于发现更多早期宇宙中的黑洞。特别是，他们的目标是在宇宙的婴儿期发现小黑洞种子，并结束围绕超大质量黑洞过早生长的辩论。

-人类有史以来第一个成像的黑洞正在通过“光剑”喷射失去大量能量黑洞合并产生的引力波可以帮助测试广义相对论。

-詹姆斯韦伯太空望远镜黑洞合并产生的引力波可以帮助测试广义相对论

-一个“银河系外”入侵者可能潜伏在围绕银河系黑洞运行的恒星中“这是一个新时代：灵敏度的巨大飞跃，尤其是红外，就像一夜之间从伽利略望远镜升级为现代望远镜。

马奥利诺总结道。“在JWST上线之前，我认为当你超越我们用哈勃太空望远镜所能看到的东西时，宇宙可能就没有那么有趣了。但事实并非如此：宇宙在它向我们展示的东西方面一直非常慷慨，而这只是开始。

BY：Robert Lea

FY: 何丹怀

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