超大质量黑洞是如何“快高长大”的？

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文章来源：

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/searching-for-the-seeds-of-supermassive-black-holes/

原作：AAS NOVA

翻译：牟新翔

校译：杨文忠、陈玮菁

编排：徐展博

后台：李子琦

这张照片是哈勃太空望远镜拍摄的螺旋星系NGC4051，它被归类为活跃星系。我们附近的活跃星系，如NGC4051，可能与宇宙早期超大质量黑洞种子所在星系非常类似。

图源：ESA / Hubble & NASA, D. Crenshaw and O. Fox

天文学家仍在努力探寻超大质量黑洞形成的方式，它们可能由较小的黑洞合并而来。一项新的研究表明，韦布太空望远镜（JWST）在即将进行的调查中就可能发现上述的较小黑洞。

始于一颗种子

超大质量黑洞，比如事件界限望远镜所拍摄的银河系中心的黑洞，可能由较小的“种子”黑洞生长而来。

图源：EHT Collaboration

宇宙中最大的黑洞可以达到太阳质量的数十亿倍。更奇妙的是，首批超大质量黑洞在大爆炸后的两亿年内就形成了。宇宙是如何如此迅速地建造出这样的庞然大物呢？

黑洞一般形成于一颗大质量恒星死亡之时，但没有恒星能够诞生出如此大的黑洞。超大质量黑洞更有可能是像花朵一样从种子生长而来的，又或许是第一批大质量恒星死亡造就的较小黑洞合并在了一起。这种合并可能会产生相当于太阳质量一千倍的中型黑洞，然后在引力的作用下，中型黑洞会结合成超大质量黑洞。超大质量黑洞是太阳质量的一百万倍，其可能是由早期宇宙中致密气体云的引力坍缩直接形成的。随着时间的推移，超大质量黑洞也会合并在一起。

找到一颗尚未长成超大质量黑洞的种子，天文学家们就能够看到这一过程。普林斯顿大学的Andy Goulding和Jenny Greene最近正在研究JWST即将进行的深空探测能否发现这些黑洞种子。他们专注于红移在7到10之间且质量约为太阳质量一百万倍的黑洞。

颜色差异

根据定义，黑洞是不可见的。黑洞引力巨大，吞噬掉了所有落在它身上的光。然而黑洞经常通过吸积盘，也就是等待被吞噬的大量超热物质暴露自己。它们的吸积盘通常相当明亮，可以在大部分可见宇宙中看到。这些遥远星系的明亮核心被称为活跃星系核。

Goulding和Greene在研究中将低红移量的活跃星系核模型与专门为韦布太空望远镜创建的模拟星系组合起来研究。他们得出的结论是，黑洞种子的活跃星系核和塞弗特1形星系（在其光谱中具有宽发射线的活跃星系，中心区域特别明亮）最为类似。黑洞种子发出的紫外辐射和塞弗特1形星系的紫外辐射预计类似。

The JADES study region, which overlaps with the Hubble Ultra Deep Field.

JADES的观测区域与哈勃超深场的照片叠加在一起

接着，二人看了下之后的JWST高级深河外探测（JADES）项目中是否能找到这些活跃星系核。他们发现，在JWST的近红外相机（NIRCam）拍摄的图像中，一个黑洞种子的活跃星系核的颜色应当与星系的其他部分不同。具体来说，星系将呈现蓝色，而星系核将呈现更红的颜色。

虽然很难给出一个确切的数字，但Goulding和Greene估计，天文学家可能会在100平方角分的磁场中发现几个到几十个种子黑洞。也许到那时，我们就能够了解超大质量黑洞是如何存在于宇宙中几乎每个星系的中心的了。

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

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地球上空的詹姆斯·韦布空间望远镜
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