NASA的望远镜发现了破纪录的黑洞
天文学家利用NASA的望远镜在X射线中发现了迄今为止最远的黑洞。这个黑洞正处于以前从未见过的早期成长阶段，其质量与其宿主星系相似。
这一结果或许可以解释宇宙中第一批超大质量黑洞是如何形成的。
通过结合来自NASA的钱德拉X射线天文台和NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜的数据，一组研究人员能够发现一个在大爆炸后4.7亿年不断增长的黑洞的迹象。
天文学家使用钱德拉和韦伯太空望远镜在X射线中发现了有史以来最遥远的黑洞（在一个被称为UHZ1的星系中）。X射线发射是一个不断增长的超大质量黑洞的信号。这一结果可能解释了宇宙中第一批超大质量黑洞是如何形成的。这些图像显示了UHZ1所在的星系团Abell 2744，来自钱德拉的X射线和来自韦伯的红外数据，以及黑洞宿主星系UHZ1的特写。
影像来源：X射线：NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; 红外线：NASA/ESA/CSA/STScI; 影像处理：NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand
“我们需要韦伯来发现这个非常遥远的星系，需要钱德拉来发现它的超大质量黑洞。”哈佛和史密森尼天体物理中心（CfA）的阿科斯·波格丹说，他在《自然天文学》杂志上领导了一篇描述这些结果的新论文。“我们还利用了宇宙放大镜来增加我们探测到的光量。”这种放大效应被称为引力透镜效应。
波格丹和他的团队在一个名为UHZ1的星系中发现了这个黑洞，该星系位于Abell 2744星系团的方向，距离地球35亿光年。然而，韦伯的数据显示，该星系比星团更遥远，距离地球132亿光年，当时宇宙只有现在年龄的3%。
随后，钱德拉进行了两周多的观察，发现这个星系中存在强烈的、过热的X射线气体——这是一个不断增长的超大质量黑洞的标志。来自该星系的光和来自其超大质量黑洞周围气体的X射线被Abell 2744中的物质放大了约4倍（由于引力透镜），增强了韦伯探测到的红外信号，并使钱德拉能够探测到微弱的X射线源。
这一发现对于理解一些超大质量黑洞是如何在大爆炸后很快达到巨大质量的非常重要。它们是直接由巨大的气体云坍缩形成，产生质量在1万到10万个太阳之间的黑洞吗？还是它们来自于第一批恒星的爆炸，这些恒星产生的黑洞重量仅在10到100个太阳之间？
“黑洞一旦形成，其生长速度有物理限制，但那些出生时体积更大的黑洞有一个领先优势。这就像种一棵小树苗，比起一开始就种下一颗种子，它需要更短的时间才能长成一棵大树。”普林斯顿大学的安迪·古尔丁说。古尔丁是《自然天文学》论文的合著者，也是《天体物理杂志快报》上一篇新论文的主要作者，该论文利用韦伯望远镜的光谱报告了星系的距离和质量。
波格丹的团队已经找到了强有力的证据，证明新发现的黑洞诞生时质量很大。根据X射线的亮度和能量，它的质量估计在1000万到1亿太阳之间。这个质量范围与它所在星系中所有恒星的质量范围相似，这与附近宇宙中星系中心的黑洞形成了鲜明对比，这些黑洞通常只包含宿主星系恒星质量的十分之一左右。
年轻时黑洞的巨大质量，加上它产生的X射线的数量以及韦伯探测到的星系的亮度，都与耶鲁大学的合著者普里亚姆瓦达·纳塔拉扬在2017年的理论预测一致，即“超大黑洞”直接由巨大的气体云坍缩形成。
“我们认为这是第一次探测到‘超大黑洞’，也是迄今为止最好的证据，证明一些黑洞是由巨大的气体云形成的，”纳塔拉扬说。“我们第一次看到超大质量黑洞在落后之前的短暂阶段，其重量大约相当于其星系中的恒星。”
研究人员计划利用这一结果，以及韦伯望远镜和其他望远镜收集到的数据，来绘制更大的早期宇宙图像。
NASA的哈勃太空望远镜先前显示，来自遥远星系的光被中间星系团中的物质高度放大，这为韦伯和钱德拉的观测提供了部分动机。
描述波格丹团队研究结果的论文发表在《自然天文学》杂志上，网上有预印本。
两篇论文中使用的韦伯数据是一项名为再电离时代前超深Nirspec和nirCam观测（UNCOVER）的调查的一部分。由UNCOVER团队成员安迪·古尔丁领导的论文发表在《天体物理学杂志快报》上。论文的共同作者包括其他UNCOVER团队成员，以及波格丹和纳塔拉扬。一篇将观测到的UHZ1特性与超大黑洞星系的理论模型进行比较的详细解释论文即将发表。
NASA马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉项目。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学操作，以及马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴ESA和CSA领导的一项国际计划。
如欲了解更多钱德拉图片、多媒体和相关材料，请访问:
https://www.nasa.gov/mission/chandra-x-ray-observatory/
参考来源：
https://www.nasa.gov/missions/chandra/nasa-telescopes-discover-record-breaking-black-hole/