韋布望遠鏡發現迄今最遠“黑洞星”，有望解開“小紅點”之謎

IT之家 8 月 13 日消息，迄今發現距離我們最遙遠的“黑洞星”出現于大爆炸后不到 6.6 億年的宇宙中，為揭開詹姆斯 · 韋布空間望遠鏡（JWST）早期宇宙圖像中神秘“小紅點”的起源提供了重要線索。

目前較為普遍的觀點認為，這些奇特天體最早于 2022 年被發現，本質上是正在成長的超大質量黑洞，外面包裹著巨大的氣體云。這些氣體云的光譜與紅巨星等溫度較低的紅色恒星非常相似。

最近，天文學家發現，其中一些“小紅點”位于年輕星系的中心。這些星系的光線經過大約 120 億年、誤差約為 10 億年的漫長旅程，才最終抵達地球。由于距離遙遠且亮度微弱，黑洞星發出的光很難與周圍星系的光區分開來。尤其是在我們知道附近很可能存在一個星系、但這個星系又暗到 JWST 無法分辨的情況下，這一問題更加棘手。

JWST 的一些小紅點發現

不過，一顆新發現的黑洞星為解決這個問題提供了重要線索。它是在 JWST 的 Mirage or Miracle（MoM）巡天項目中發現的，有望成為連接這些神秘天體的“缺失環節”。

奧地利科學技術研究院的 Jorryt Matthee，同時也是 MoM 巡天項目的聯合研究人員，在一份聲明中表示：“Mirage or Miracle 巡天項目專門針對那些被認為具有‘風險’的目標進行觀測。這些目標要么可能成為驚人的發現，要么只是一些干擾源，例如某些看起來像遙遠星系的附近冷恒星。”

具體來說，該巡天項目重點關注那些看起來可能屬于極高紅移星系的天體，例如紅移值約為 10 或更高的目標。這意味著它們存在于至少約 131 億年前的宇宙中。

據IT之家了解，這次發現的黑洞星被命名為 MoM-BH*-1，是迄今最理想的“裸黑洞星”實例。所謂“裸黑洞星”，是指天文學家基本可以確定它獨立存在于太空中，而不是位于一個正在形成的星系內部。

這意味著，MoM-BH*-1 發出的全部光線都來自氣體云中心黑洞周圍的吸積過程。盡管被厚重的氣體云遮擋，我們無法直接看到這一吸積過程，但吸積產生的能量會從內部激發周圍的氣體云，使其發出明亮的光芒。這就像太陽內部產生的能量最終使其外層向外輻射一樣。

藝術家對恒星與黑洞星相似性的構想圖，不過黑洞星的體積至少是太陽的 10 萬倍

“我們探測到的光譜，是目前關于一個正在形成的早期黑洞被氣體云包裹并持續獲得物質供應的最佳證據。”負責發現 MoM-BH*-1、同時擔任 MoM 巡天項目聯合負責人的夏威夷大學 Rohan Naidu 在聲明中表示。

有趣的是，MoM-BH*-1 在空間位置上距離一個處于相同紅移的年輕星系很近。估算顯示，黑洞星還需要大約 1 億年才會與這個星系發生碰撞并最終合并。

Naidu 和 Matthee 的團隊對這個過程進行了模擬，并計算了該星系與 MoM-BH*-1 合并后的光譜。結果顯示，合并后的天體外觀將與此前已經在星系內部發現的“小紅點”非常相似。

Matthee 表示：“將黑洞星作為‘小紅點’中黑洞成分的模板，有助于解釋圍繞這些天體存在的許多疑問。如果處于類似的宿主星系中，那么像 MoM-BH*-1 這樣的黑洞星很可能會成為早期類星體的中央引擎。”

從這個角度來看，MoM-BH*-1 為一個重要觀點提供了有力證據：那些包含“小紅點”的暗淡星系，其中心天體可能正是黑洞星。

近期對一些較低紅移“小紅點”的觀測顯示，黑洞周圍的氣體云開始逐漸瓦解，使黑洞本身以及氣體落入黑洞時產生的 X 射線暴露出來。這些黑洞似乎正在快速成長，而活躍黑洞周圍的環境也會變得異常明亮，最終形成類星體。

“天文學家從來不缺乏想象力。自從類星體被發現以來，人們就提出了大量理論，試圖解釋這些黑洞究竟是如何在如此短的時間內成長到如此巨大的規模?！盢aidu 表示，“早期宇宙一定發生過某些非同尋常的事情。如今有了 JWST，我們可以直接觀測那個時代，親眼看看究竟哪些情況真實發生過?！?/p>

了解超大質量黑洞是如何誕生的，以及它們是否早于周圍星系形成，是 JWST 發射前確定的主要科學目標之一。在這一領域，JWST 到目前為止已經取得了非常顯著的成果。

盡管“小紅點”直到 4 年前才被發現，但圍繞它們以及黑洞星的研究正在迅速推進。如今，幾乎每周都會有新的研究成果出現。

“這是一個令人無比興奮的時代，過去兩三年里已經出現了近 1000 篇關于‘小紅點’的論文和預印本?！盡atthee 表示，“它遠非一場幻象，很可能真的是一場宇宙奇跡?！?/p>

這項研究于 8 月 13 日發表在《自然》（Nature）雜志上。