北京
它看起来像一个遥远的戒指，上面镶嵌着三颗闪闪发光的宝石，但詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）最近拍摄的这个照片，实际上是一个遥远类星体被附近的椭圆星系透镜化的景象。该望远镜的中红外仪器（MIRI）在研究暗物质及其在宇宙中的分布时观察到了这个微弱的幽灵。
多亏了类星体的引力透镜效应，我们才得以看到这种幽灵般的景象。这种透镜效应创造了自然界中最伟大的自然望远镜之一。它利用物质的引力效应来扭曲空间。所有的物质都是这样，但更大的物质团块会做得更多。例如，一个星系团及其聚集的恒星、行星、气体云、黑洞和暗物质会使空间发生很大的扭曲。单个星系也是如此。
当这种情况发生时，从更远的物体周围（或通过）透镜的光的路径也会被扭曲。透镜放大了我们和透镜质量之间遥远物体的视野。因此，由于引力透镜效应，天文学家经常能看到一些物体的有趣景象，否则这些物体太暗或太远，无法进行详细的研究。
遥远类星体的透镜影像
JWST为这一视图拍摄的遥远类星体RX J1131-1231距离地球约60亿光年。天文学家知道在这个星系的中心有一个超大质量黑洞。它发射高能X射线，这是钱德拉X射线天文台和XMM牛顿轨道望远镜探测到的。哈勃太空望远镜也观测到了这个看起来怪异的物体。
这些X射线告诉天文学家，星系中正在发生一些非常有能量的事情 —— 这就是为什么它也经常被称为类星体。X射线辐射是由过热的吸积盘产生的，最终从吸积盘的内缘反弹回来。天文学家可以获得反射X射线发射的光谱，但他们必须考虑到这一事实，即它受到黑洞强大引力的影响。光谱变化越大，圆盘的内缘离黑洞越近。在这种情况下，辐射来自仅位于视界半径三倍的区域。这表明黑洞旋转得非常非常快 —— 速度是光速的一半。
JWST对透镜类星体的中红外观测，使天文学家能够探测其中心周围的区域。他们应该能够梳理出该地区物质分布的细节，这应该有助于他们了解那里暗物质的分布。
绘制黑洞的历史
类星体RX J1131-1231中心的超大质量黑洞有自己的故事要讲。吸积盘发出的X射线为黑洞随时间的增长速度和形成方式提供了线索。关于黑洞的成长有几种主要的理论。我们知道恒星质量的黑洞来自于超大质量恒星的死亡。它们以超新星的形式爆炸。剩下的坍塌形成了黑洞。
然而，星系中心的超大质量黑洞可能以两种方式之一形成。它们可能来自于星系之间的碰撞和合并过程中物质的长时间积累。如果发生这种情况，一个成长中的黑洞会在一个稳定的圆盘中聚集物质。如果它从圆盘中稳定地吸收新物质，那就会导致一个快速旋转的黑洞。另一方面，如果黑洞的增长是由于许多小的吸积事件，它的饮食将来自随机方向，其自旋速率也将较慢。
那么，这个位于RX J1131-1231中心的明亮的超大质量怪物有什么故事呢？迄今为止所有的观测都显示了一个快速旋转的黑洞。这意味着它可能通过合并和碰撞而增长。对其高能活动的进一步观测将有助于天文学家更深入地探索宇宙，并看到宇宙时间越来越早时期的物体。JWST的贡献是帮助他们使用引力透镜来发现这些东西。与此同时，他们可以绘制暗物质的分布图，帮助宇宙创造那些天然的放大镜。
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