韋伯望遠鏡發現的"類星體寶寶",可能會改變我們對怪物黑洞的認識

葫蘆科普 2024-03-11 23:23:01

潛伏在宇宙最深處的一簇微弱紅點可能會改變我們對超大質量黑洞(SMBH)形成過程的認識。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(JWST)在研究一顆無關的名爲J1148+5251的遙遠類星體時,巧合地發現了這些斑點,天文學家稱它們實際上是 "類星體寶寶"。  

類星體,也稱爲准恒星天體,是一種極爲明亮的活動星系核。它們的中心是一個被氣體吸積盤包圍的特大質量黑洞。當吸積盤中的氣體向黑洞墜落時,能量以電磁輻射的形式釋放出來,這些輻射可以跨越電磁頻譜的多個波長觀測到。類星體的光度非常巨大,最強大的類星體光度是普通星系如銀河系的數千倍。

類星體的形成過程與它們中心的黑洞密切相關。質量超大的黑洞通過引力吸引周圍的物質,包括氣體和塵埃,形成吸積盤。這些物質在向黑洞中心墜落的過程中,由于摩擦和壓縮而加熱,産生強烈的輻射。在某些情況下,黑洞還會通過吸積盤的兩極噴射出高速粒子流,這些粒子流的速度接近光速,進一步增強了類星體的亮度。

類星體的形成是通過其中心的超大質量黑洞吞噬周圍的物質來實現的。這個過程被稱爲“吸積”。當星系中心的黑洞捕獲並吞噬氣體、塵埃、恒星甚至其他黑洞時,它們的質量和能量會增加。這些物質在向黑洞中心墜落的過程中,由于摩擦力的作用,會變得非常熱,並發出大量的輻射,這就是我們能夠觀測到的類星體發出的光。例如,當兩個星系發生碰撞,其中一個星系的中心黑洞可能會吞噬大量的氣體,觸發類星體活動。此外,類星體的活躍期通常發生在宇宙的早期,大約在宇宙年齡的幾十億年時,這是類星體數量最多,最爲活躍的時期。

根據發表在《天體物理學報》上的一項研究,目標類星體大約在 130 億年前發出了光,距離宇宙大爆炸還不到10 億年。 據一份聲明稱,雖然哈勃太空望遠鏡之前已經記錄了這些神秘的斑點,但直到科學家們使用功能更強大的 JWST 觀看它們時,才最終將它們與普通星系區分開來。"聲明中說:"JWST 幫助我們確定,微弱的小紅點......是質量極大的黑洞的小型版本。"這些特殊的天體可能會改變我們對黑洞起源的看法。

由于塵埃雲遮住了這些小點的光線,它們被染成了紅色,分析這些小點需要使用 JWST 強大的紅外攝像機。通過研究這些小點發出的不同波長的光,研究人員確定,每一個小點似乎都是一個 "非常小的氣體雲,它移動得非常快,並圍繞著一個非常巨大的物體(如 SMBH)運行",Matthee 說。換句話說,這是一顆年輕的類星體。

研究人員說,這些小點在早期宇宙中似乎並不突兀,但它們可能正在成長爲 "有問題的類星體"--超巨型黑洞,其質量似乎大得無法在宇宙的早期存在。 使用 JWST 的天文學家已經發現了許多這樣的問題黑洞,並努力用當前的宇宙學理論來解釋它們。 "馬特希說:"如果我們考慮到類星體起源于大質量恒星的爆炸,而且我們從一般物理定律中知道它們的最大生長速度,可是,我們發現其中一些類星體,看起來長得比理論的速度還要快。這就好比一個五歲的孩子長到了兩米高,事情就有些不太對勁,顛覆了我們對黑洞成長的理論"。

研究人員希望對這些新發現的 "類星體寶寶 "的進一步研究能有助于揭示這些有問題的黑洞是如何長得如此之大、如此之快的。 "Matthee 說:"更詳細地研究超大質量 SMBH 的'嬰兒版',可以讓我們更好地了解問題類星體是如何出現的。

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