MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光

MIT天文学家从早期类星体中捕捉到难以捉摸的星光类星体是活动星系炽热明亮的中心，其核心是一个贪得无厌的超大质量黑洞。大多数星系都有一个中心黑洞，它可能会不时地捕食气体和恒星碎片，当物质向黑洞涌入时，就会以发光环的形式产生短暂的爆发光。相比之下，类星体的运行规模则不同。它们可以在更长的时间内消耗大量物质，产生极其明亮和持久的光环--事实上，类星体是宇宙中最亮的天体之一。由于类星体非常明亮，所以它们的光芒要比所在星系的其他部分更加耀眼。但是，麻省理工学院的研究小组首次观测到了三颗古老类星体的宿主星系中恒星发出的微弱得多的光。根据这种难以捉摸的恒星光，研究人员估算出了每个宿主星系的质量与其中心超大质量黑洞的质量。他们发现，与现代类星体相比，这些类星体的中央黑洞相对于其宿主星系的质量要大得多。詹姆斯-韦伯望远镜拍摄的照片显示了红色圈内的J0148类星体。两个插页上显示的是中心黑洞，下显示的是宿主星系的恒星辐射。图片来源：研究人员提供；美国宇航局最近发表在《天体物理学杂志》上的这一发现，可能会揭示出最早的超大质量黑洞是如何在相对较短的宇宙时间内成长为如此巨大的黑洞的。特别是，与现代黑洞相比，那些最早的怪物黑洞可能是从质量更大的"种子"中萌发出来的。"宇宙诞生后，出现了一些种子黑洞，然后吞噬物质，在很短的时间内成长起来，"研究报告的作者、麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所博士后岳明浩说。"其中一个最大的问题就是要了解这些怪物黑洞是如何长得如此之大、如此之快的。""这些黑洞的质量是太阳的数十亿倍，而此时宇宙还处于萌芽阶段，"研究报告的作者、麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜-艾勒斯说。"我们的研究结果意味着，在宇宙早期，超大质量黑洞可能比它们的宿主星系更早获得质量，最初的黑洞种子可能比今天的质量更大。"Eilers和Yue的合著者包括麻省理工学院卡弗里主任罗伯特-西姆科（RobertSimcoe）、麻省理工学院哈勃研究员和博士后罗汉-奈杜（RohanNaidu），以及瑞士、奥地利、日本和北卡罗来纳州立大学的合作者。自20世纪60年代天文学家首次发现类星体以来，类星体的极高亮度就显而易见了。当时他们假设类星体的光来自一个类似恒星的"点光源"。科学家将这些天体命名为"类星体"，是"准恒星"的谐音。自首次观测以来，科学家们已经意识到类星体实际上并非源自恒星，而是由位于星系中心的强大而持久的超大质量黑洞吸积产生的。要把类星体中央黑洞发出的光与宿主星系恒星发出的光分离开来，是一项极具挑战性的工作。这项任务有点像分辨中央巨大探照灯周围的一大片萤火虫。但近年来，随着美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的发射，天文学家们有了更好的机会来完成这项任务。JWST能够窥探到更久远的时间，其灵敏度和分辨率也比现有的任何天文台都要高得多。在他们的新研究中，Yue和Eilers利用JWST的专用时间观测了六颗已知的古老类星体，从2022年秋天到第二年春天间歇性地进行观测。研究小组总共对这六个遥远的天体进行了120多个小时的观测。"类星体的亮度要比它的宿主星系高出几个数量级。而以前的图像不够清晰，无法分辨宿主星系及其所有恒星的样子，"Yue说。"现在，通过非常仔细地模拟JWST对这些类星体的更清晰的图像，我们第一次能够揭示这些恒星发出的光。"研究小组评估了JWST收集的六颗遥远类星体的成像数据，他们估计这六颗类星体的年龄约为130亿年。这些数据包括每个类星体不同波长光线的测量值。研究人员将这些数据输入到一个模型中，该模型可以计算出这些光中有多少可能来自一个紧凑的"点光源"，比如中央黑洞的吸积盘，而有多少可能来自一个更加弥散的光源，比如来自宿主星系周围散射恒星的光。通过这种建模，研究小组将每颗类星体的光分成两部分：来自中央黑洞发光盘的光和来自宿主星系较分散恒星的光。这两种光源的光量反映了它们的总质量。研究人员估计，对于这些类星体来说，中心黑洞的质量与宿主星系的质量之比约为1:10。他们意识到，这与今天1:1,000的质量平衡形成了鲜明对比，在这种情况下，新近形成的黑洞与其宿主星系相比质量要小得多。"这告诉了我们一些关于什么最先生长的信息：是黑洞先生长，然后星系跟上？还是星系及其恒星首先生长，它们主导并调节黑洞的生长？"埃勒斯解释道。"我们看到，早期宇宙中的黑洞似乎比其宿主星系生长得更快。这初步证明，最初的黑洞种子当时可能质量更大。"Yue补充说："在最初的10亿年里，一定有某种机制使黑洞比宿主星系更早获得质量。这是我们看到的第一个证据，令人兴奋"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434759.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434759.htm

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜

天文学家解决困扰人们60年的类星体之谜科学家们已经揭开了类星体--宇宙中最明亮、最强大的天体--的最大谜团之一，发现它们是由星系碰撞引发的：类星体在60年前首次被发现，其亮度相当于一万亿颗恒星挤在太阳系大小的空间里，但直到现在，什么能引发如此强大的活动仍然是个谜。通过观察48个拥有类星体的星系，并将它们与100多个非类星体的星系进行比较，科学家们发现，这种现象是由星系碰撞引发的。当两个星系相撞时，引力将大量的气体推向碰撞产生的残余星系系统中心的超大质量黑洞--就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体。银河系在大约50亿年后与仙女座星系相撞时，可能会经历自己的类星体。当研究人员使用拉帕尔马的艾萨克-牛顿望远镜进行深度成像观测时，发现了这些碰撞，在星系的外部区域存在着扭曲的结构，这些结构是类星体的家园。大多数星系在其中心都有超大质量黑洞。它们也包含大量的气体--但大多数时候，这些气体在距离星系中心很远的地方运行，不在黑洞的范围内。星系之间的碰撞将气体推向星系中心的黑洞；就在气体被黑洞吞噬之前，它以辐射的形式释放出巨大的能量，从而产生了类星体特有的光辉。类星体的点燃会对整个星系产生巨大的影响--它可以将其余的气体赶出星系，这使得星系在未来的几十亿年里都无法形成新的恒星。这是第一次以如此高的灵敏度对这种规模的类星体样本进行成像。通过比较对48个类星体及其宿主星系的观测和100多个非类星体星系的图像，研究人员得出结论，宿主类星体的星系与其他星系相互作用或碰撞的可能性大约是三倍。这项研究为我们了解这些强大的天体是如何被触发和推动的提供了一个重要的步骤。谢菲尔德大学物理和天文学系的CliveTadhunter教授说："类星体是宇宙中最极端的现象之一，我们所看到的可能代表了我们自己的银河系在大约50亿年后与仙女座星系碰撞时的未来。观察这些事件并最终了解它们发生的原因是令人兴奋的--但值得庆幸的是，在相当长的一段时间内，地球不会接近这些世界末日事件之一。"类星体对天体物理学家来说很重要，因为由于它们的亮度，它们在很远的距离上就很突出，因此作为宇宙历史上最早的时代的灯塔。赫特福德大学的博士后研究员乔尼-皮尔斯博士解释说："这是一个全世界的科学家都热衷于了解的领域--美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的主要科学动机之一就是研究宇宙中最早的星系，而韦伯甚至能够探测到最遥远的类星体发出的光，这些光是在近130亿年前发出的。类星体在我们了解宇宙的历史方面起着关键作用，也可能是银河系的未来"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356819.htm

天文学家利用韦伯望远镜识别宇宙网最早的线缕

天文学家利用韦伯望远镜识别宇宙网最早的线缕研究小组认为，这个丝状结构最终将演变成一个巨大的星系团，就像"附近"宇宙中著名的红缨星系团一样。研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）上的两篇论文中。"这是人们发现的最早的与遥远类星体相关的丝状结构之一，"亚利桑那大学斯图尔特天文台助理研究教授、第一篇论文的第一作者王飞说。王还说，这是第一次在宇宙中如此早期的时间观测到这种结构，而且是三维细节观测。这幅由韦伯近红外相机（Webb'sNIRCam）拍摄的深层星系景象显示了10个遥远星系的排列，这些星系由八个白色圆圈标记，呈对角线状。(这个长达300万光年的丝状结构由一个非常遥远、非常明亮的类星体支撑着--类星体的核心是一个活跃的超大质量黑洞。这颗类星体名为J0305-3150，位于图像右侧三个圆圈的中间。它的亮度超过了它的宿主星系。这10个被标记的星系在宇宙大爆炸后仅存在了8.3亿年。研究小组相信，这个丝状星系最终会演化成一个巨大的星系团。图片来源：NASA、ESA、CSA、FeigeWang（亚利桑那大学），图像处理：约瑟夫-德帕斯卡尔（STScI）星系并不是随意散布在宇宙中的。它们不仅聚集成星团和星块，还形成了巨大的相互连接的丝状结构，中间被巨大的荒芜空洞隔开。这张"宇宙网"一开始很脆弱，随着时间的推移，引力将物质聚集在一起，变得越来越清晰。星系嵌在暗物质的巨大"海洋"中，暗物质和常规物质聚集在局部区域，密度高于周围环境。斯图瓦德大学天文学教授范晓晖（XiaohuiFan）解释说，星系就像海洋中的波峰一样，骑在被称为"细丝"的连续暗物质串上。新发现的暗物质丝标志着在宇宙年龄仅为现在的6%时首次观测到这种结构，原本他们预计会发现一些东西，但没想到会是这么长、这么明显的细结构。这一发现是ASPIRE项目的一部分，该项目是一项大型国际合作项目，由亚利桑那大学的研究人员领导，王是该项目的主要研究人员。ASPIRE是ASPectroscopicsurveyofbiasedhalosIntheReionizationEra的缩写，其主要目标是研究最早黑洞的宇宙环境。该计划将观测25个存在于宇宙大爆炸后最初10亿年内的类星体，这一时期被称为"宇宙再电离时代"。130多亿年前，在重离子时代，宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体在很大程度上对高能光不透明，因此很难观测到年轻的星系。是什么让宇宙变得完全电离或透明，最终导致在今天的大部分宇宙中探测到"清晰"的条件呢？詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）将深入太空，收集更多关于重离子时代存在的天体的信息，帮助我们了解宇宙历史上的这一重大转变。图片来源：NASA、ESA和J.Kang（STScI）"团队成员、加州大学圣巴巴拉分校的约瑟夫-亨纳维（JosephHennawi）说："过去二十年的宇宙学研究让我们对宇宙网的形成和演化有了深入的了解。"ASPIRE旨在了解如何将最早的大质量黑洞的出现嵌入到我们当前的宇宙结构形成故事中"。研究的另一部分是调查年轻宇宙中八颗类星体的特性。研究小组证实，这些类星体的中心黑洞在宇宙大爆炸后不到10亿年就已存在，其质量从6亿倍到20亿倍太阳质量不等。天文学家仍在继续寻找证据，以解释这些黑洞为何能如此迅速地变大。要在如此短的时间内形成这些超大质量黑洞，必须满足两个标准。王解释说："首先，你需要从一个巨大的'种子'黑洞开始生长。第二，即使这颗种子一开始的质量相当于一千个太阳，它也需要在相对较短的时间内以最大可能的速度吸积一百万倍以上的物质，因为我们的观测是在它还非常年轻的时候捕捉到它的。"类星体--如图所示，是宇宙中最亮的天体。类星体的超大质量黑洞在吞噬周围环境的质量时释放出的能量被广泛认为是限制大质量星系生长的主要驱动力。资料来源：STScI"这些史无前例的观测为我们提供了关于黑洞如何形成的重要线索。我们了解到，这些黑洞位于大质量年轻星系中，这些星系为黑洞的生长提供了燃料库，"斯图瓦德大学助理研究教授杨金义说，他领导着ASPIRE对黑洞的研究，也是第二篇论文的第一作者。詹姆斯-韦伯太空望远镜还提供了迄今为止最好的证据，证明早期超大质量黑洞如何潜在地调节其星系中恒星的形成。超大质量黑洞在吸积物质的同时，也会产生巨大的物质外流。这些"风"的范围可以远远超出黑洞本身，达到银河系的规模，并对恒星的形成产生重大影响。恒星是在气体和尘埃坍缩成密度越来越大的云团时形成的，这就要求气体非常寒冷。杨解释说，来自黑洞的强风释放出大量能量，会对这一过程造成破坏，从而抑制宿主星系中恒星的形成。"这种风已经在附近的宇宙中观测到过，但在宇宙的早期，即重子化纪元，还从未被直接观测到过。风的规模与类星体的结构有关。在韦伯望远镜的观测中，我们看到这种风延伸至整个星系，影响着星系的演化。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372027.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372027.htm

钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期

钱德拉望远镜观测发现类星体对其周围环境影响不及预期这些图像的中心是类星体H1821+643，这是一个快速增长的超大质量黑洞，天文学家们发现，尽管它产生了强烈的辐射，并在甚大阵列的射电数据中看到了粒子喷流，但它的表现并不尽如人意。资料来源：X射线：NASA/CXC/Univ.ofNottingham/H.Russelletal：NSF/NRAO/VLA；图像处理：NASA/CXC/SAO/N.Wolk这颗类星体被称为H1821+643，距离地球约34亿光年。类星体是一类罕见而极端的超大质量黑洞，它们疯狂地向内拉扯物质，产生强烈的辐射，有时还会产生强大的喷流。H1821+643是星系团中距离地球最近的类星体。类星体对周围环境的影响类星体与星系团中心的其他超大质量黑洞不同，它们能以更高的速度吸入更多的物质。天文学家发现，以中等速度生长的非类星体黑洞通过阻止银河系间炽热气体过度冷却来影响周围环境。这就调节了黑洞周围恒星的生长。然而，类星体的影响却不那么为人所知。这项关于H1821+643的新研究表明，类星体尽管如此活跃，但在推动其宿主星系和星团命运方面的作用可能没有一些科学家想象的那么重要。详细研究揭示惊人发现为了得出这一结论，研究小组利用钱德拉望远镜对H1821+643及其宿主星系所笼罩的高温气体进行了研究。然而，来自类星体的明亮X射线使得研究来自高温气体的较弱X射线变得十分困难。研究人员小心翼翼地移除了X射线眩光，以揭示黑洞的影响，这反映在新的合成图像中，显示了类星体周围星团中高温气体发出的X射线。这让他们看到类星体实际上对其周围环境几乎没有影响。研究小组利用钱德拉望远镜发现，银河系中心黑洞附近的气体密度比距离黑洞较远的区域要高得多，气体温度也低得多。科学家们预计，当几乎没有能量输入（通常来自黑洞的爆发）来阻止高温气体冷却并流向星系团中心时，高温气体就会有这样的表现。描述这些结果的论文已被《皇家天文学会月刊》接受，并可在线查阅。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425711.htm

天文学家发现罕见的类星体对 正处于碰撞的边缘

天文学家发现罕见的类星体对正处于碰撞的边缘研究人员使用一套空间和地面望远镜，包括夏威夷的两个Maunakea天文台--W.M.Keck天文台和GeminiNorth--发现这对黑洞嵌在两个星系中，这两个星系在宇宙发展仅仅30亿年的时候合并了。这项研究由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导，发表在2023年4月5日的《自然》杂志上。找到这样一个系统是很困难的，因为当两个黑洞如此接近时，要单独区分它们是个挑战。但是在这个被称为J0749+2255的特殊系统中，两个黑洞都在疯狂进食，吞噬气体和尘埃，这些气体和尘埃在如此高的温度下被加热，这对黑洞产生了一个巨大的烟花表演。这种活动被称为类星体，这是一种当黑洞在大吃大喝时在整个电磁波谱中发射出大量光线的现象。J0749+2255是非常不寻常的，因为该系统有不是一个，而是两个同时活动的类星体，而且距离足够近，最终会合并。"在宇宙的这个早期阶段，我们并没有看到很多双类星体。这就是为什么这一发现如此令人兴奋，"这项研究的主要作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究生Yu-ChingChen说。哈勃太空望远镜拍摄的一对类星体的照片，这些类星体在宇宙只有30亿年的时候就已经存在。它们被嵌入到一对碰撞的星系中。这些类星体之间的距离还不到一个星系的大小。类星体由贪婪的超大质量黑洞提供动力，当它们吞噬气体、尘埃和在其引力范围内的任何其他东西时，它们会爆发出凶猛的能量喷泉。这些黑洞最终将合并。资料来源：美国宇航局、欧空局、陈玉清（UIUC）、黄翔志（IAS）、纳迪亚-扎卡姆斯卡（JHU）、沈悦（UIUC）。欧空局（EuropeanSpaceAgency）的盖亚（Gaia）空间观测站首先探测到了这个双类星体，捕捉到的图像表明在年轻的宇宙中有两个紧密排列的光信标。陈和他的团队随后使用美国宇航局的哈勃太空望远镜来验证这些光点实际上来自一对超大质量黑洞。随后进行了多波长观测；利用凯克天文台的第二代近红外相机（NIRC2）与其自适应光学系统配对，以及美国宇航局钱德拉X射线天文台的双子座北区和新墨西哥州的甚大阵射电望远镜网络，研究人员确认了双类星体不是由引力透镜产生的同一个类星体的两个图像。"确认过程并不容易，我们需要一个涵盖从X射线到射电光谱的望远镜阵列，以最终确认这个系统确实是一对类星体，而不是，比如说，两个引力透镜类星体的图像，"共同作者、伊利诺伊大学的天文学家YueShen说。由于望远镜窥视的是遥远的过去，这种双类星体已经不存在了。在中间的100亿年里，它们的宿主星系很可能已经沉淀为一个巨大的椭圆星系，就像今天在本地宇宙中看到的那些。而这些类星体已经合并成了一个巨大的、位于其中心的超大质量黑洞。附近的巨型椭圆星系M87有一个巨大的黑洞，重量是我们太阳质量的65亿倍。也许这个黑洞是在过去几十亿年里从一个或多个星系的合并中成长起来的。越来越多的证据表明，大型星系是通过合并建立起来的。较小的系统聚集在一起，形成更大的系统和越来越大的结构。在这个过程中，应该有成对的超大质量黑洞在合并的星系中形成。了解黑洞的祖先群体将最终告诉我们早期宇宙中超大质量黑洞的出现，以及这些合并可能有多频繁。"我们开始揭开早期二元类星体群体的这个冰山一角，"共同作者、伊利诺伊大学香槟分校的刘昕说。"这就是这项研究的独特之处。它实际上是在告诉我们这个群体的存在，而且现在我们有一种方法来识别相隔不到一个星系大小的双类星体。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354521.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354521.htm

引力透镜与类星体：新方法让测量星系质量的精度提高了3倍

引力透镜与类星体：新方法让测量星系质量的精度提高了3倍洛桑联邦理工学院的研究人员利用引力透镜技术提高了类星体宿主星系质量的测量精度，为早期宇宙星系演化和黑洞形成提供了更深入的见解。这些关于类星体所在星系质量的知识有助于我们了解早期宇宙中星系的演化，有助于构建星系形成和黑洞增长的模型。这些发现最近发表在《自然-天文学》（NatureAstronomy）杂志上。该研究的资深作者、EPFL天体物理学家弗雷德里克-库尔班（FrédéricCourbin）说："引力透镜实现了前所未有的精确度和准确性，为在遥远宇宙中获得可靠的质量估计值提供了一条新途径，而在遥远宇宙中，传统技术缺乏精确度，而且容易出现偏差。"该研究的第一作者马丁-米隆（MartinMillon）解释说："过去曾测量过宿主星系的质量，但由于引力透镜的存在，这是在遥远的宇宙中第一次如此精确地测量宿主星系的质量。"类星体是一个超大质量黑洞的发光体，它位于宿主星系的中心，会吸积周围的物质。通常很难测量类星体的宿主星系有多重，因为类星体是非常遥远的天体，还因为类星体非常明亮，会遮住其附近的任何物体。通过引力透镜，我们可以计算出透镜物体的质量。根据爱因斯坦的引力理论，我们知道夜空中前景的大质量天体--引力透镜--是如何弯曲来自背景天体的光线的。由此产生的奇怪光环，实际上是引力透镜对背景天体光线的扭曲。SDSSJ0919+2720。资料来源：NASA、ESA和F.Courbin（瑞士EPFL）十多年前，当库尔班意识到可以将类星体和引力透镜这两者结合起来测量类星体宿主星系的质量时，他骑着自行车来到了索维尼天文台。为此，他必须在一个同时充当引力透镜的星系中找到一个类星体。斯隆数字巡天（SDSS）数据库是搜索引力透镜类星体候选者的好地方，但为了确保万无一失，库尔班必须看到透镜环。2010年，他和同事利用哈勃太空望远镜观测了4个候选类星，其中3个出现了透镜现象。在这三个候选天体中，有一个因其特有的引力透镜环而脱颖而出：SDSSJ0919+2720。库尔宾解释说："SDSSJ0919+2720的HST图像显示，前景中有两个明亮的天体，它们都是引力透镜，可能是两个正在合并的星系。左边的是一个明亮的类星体，位于一个暗得无法观测到的宿主星系中。右边的亮物体是另一个星系，是主引力透镜。最左边的暗淡物体是一个伴星系。特征环是来自背景星系的变形光。"通过仔细分析SDSSJ0919+2720中的引力透镜环，原则上可以确定两个明亮天体的质量，如果没有共同作者艾默里克-加兰（AymericGalan）最近开发的基于小波的透镜建模技术，就不可能厘清各个天体的质量。伽兰解释说："天体物理学最大的挑战之一是了解超大质量黑洞是如何形成的。知道了它的质量、它与宿主星系的比较以及它在宇宙中的演变过程，我们就能摒弃或验证某些形成理论"。"在本宇宙中，我们观察到质量最大的星系中心也有质量最大的黑洞。这可能表明，星系的生长受其中心黑洞辐射并注入星系的能量调节。"米隆解释说："然而，为了验证这一理论，我们仍然需要对这些相互作用进行研究，不仅是在本地，而且还要在遥远的宇宙中进行研究。"引力透镜事件非常罕见，只有千分之一的星系会出现这种现象。由于类星体在每一千个星系中才会出现一个，因此类星体作为透镜的概率是百万分之一。今年夏天，欧空局和美国国家航空航天局（ESA-NASA）将用猎鹰-9SpaceX火箭发射"欧几里得"号任务，科学家们希望能探测到数百颗这样的透镜类星体。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373863.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373863.htm