

由德州奥斯汀分校宇宙前沿中心领导的一个国际天文学家小组发现了迄今为止证实的最遥远的黑洞。2025年8月6日,他们的研究发表在《天体物理学杂志通讯》上。
它和它称之为家的星系CAPERS-LRD-z9在宇宙大爆炸后5亿年存在。那是大约133亿年前,当时宇宙的年龄只有现在的3%。因此,它提供了一个无与伦比的机会来研究这个神秘时代的结构和演变。
“虽然天文学家已经发现了一些更遥远的候选者,但他们还没有找到与黑洞相关的独特光谱特征。”德州奥斯汀分校宇宙前沿中心的研究合著者兼主任史蒂文芬克尔斯坦说。
天文学家使用光谱学将光分成不同的波长,以研究物体的特性。他们通过寻找快速移动气体的迹象来探测黑洞。远离我们的气体发出的光在绕着黑洞旋转并落入黑洞时,被拉伸成相当红的波长,而来自我们的气体发出的光被压缩成更蓝的波长。
“创造这种签名的东西不多。这个星系就有!”泰勒解释道。
在他们的搜索中,科学家们使用了詹姆斯韦伯太空望远镜的CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey)项目的信息。CAPERS提供了最外层边缘的观测,而2021年发射的JWST提供了最广阔的太空视野。
CAPERS-LRD-z9最初是作为一个有趣的点出现在该计划的图像中,后来被发现属于一个名为“小红点”的全新星系。这些红色星系非常明亮,非常紧凑,只存在于宇宙的前15亿年。
“小红点的发现是早期JWST数据的一个重大惊喜,因为它们看起来与哈勃太空望远镜看到的星系完全不同。现在,我们正在弄清楚它们是什么样子的,以及它们是如何形成的,”芬克尔斯坦解释说。
这就是CAPERS-LRD-z9可能为天文学家提供的帮助。
首先,这个星系增加了越来越多的证据,证明超大质量黑洞是小红点惊人亮度的原因。正常情况下,这种亮度会指向一个充满恒星的星系。但在小红点出现的时代,恒星数量似乎不太可能如此庞大。
另一方面,黑洞发出明亮的辐射。这是因为它们压缩和加热它们消耗的材料,产生大量的光和能量。天文学家在小红点中发现了这种关系的一个惊人例子,他们证实了CAPERS-LRD-z9中小红点的存在。
新发现的星系可能会为小红点独特的红色色彩之谜提供潜在的见解。这可能是由于黑洞周围有一团稠密的气体云,当它穿过黑洞时,气体云将光线扭曲成更红的波长。
“我们在其他星系中看到过这些云。当我们将这个物体与其他来源进行比较时,它是一模一样的。”泰勒解释说。
这个星系也因其巨大的黑洞而闻名。据估计,它的质量是太阳的3亿倍,几乎是其星系中所有恒星的一半。即使在超大质量黑洞中,这也是非常大的。
在宇宙历史的早期就发现了如此巨大的黑洞,这为科学家们探索这些宇宙巨人是如何形成的提供了难得的机会。后来宇宙中的黑洞有足够的时间生长。然而,在最初的几亿年内形成的行星就不会。
芬克尔斯坦补充说:“越来越多的证据表明,早期黑洞的增长速度比我们想象的要快得多,或者它们一开始就比我们的模型预测的要大得多。”
为了继续对CAPERS-LRD-z9的研究,研究小组希望利用JWST收集更多、更高分辨率的观测数据。这可能会进一步阐明黑洞在小红点形成过程中所起的作用。
泰勒说:“这对我们来说是一个很好的测试对象,直到最近我们才能够研究早期黑洞的演化,我们很高兴看到我们能从这个独特的物体中学到什么。”
另外的研究数据来自基特峰国家天文台的暗能量光谱仪器(DESI),这是NSF NOIRLab的一个倡议。
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