兩個(gè)團(tuán)隊(duì)利用 NASA 的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡深入觀察空間和時(shí)間，研究了異常明亮的星系 GN-z11，該星系在我們 138 億年前的宇宙只有約 4.3 億年前就已存在。

這個(gè)星系最初 是由宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的，它是迄今為止觀察到的最年輕、最遙遠(yuǎn)的星系之一，它是如此明亮，以至于科學(xué)家們很難理解其中的原因。現(xiàn)在，GN-z11 正在放棄一些秘密。

迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的黑洞

與韋伯一起研究 GN-z11 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)明確的證據(jù)，表明該星系的中央存在一個(gè)正在快速吸積物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞。他們的發(fā)現(xiàn)使其成為迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遠(yuǎn)的活躍超大質(zhì)量黑洞。

英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和卡夫利宇宙學(xué)研究所的首席研究員羅伯托·麥奧利諾解釋說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)了在吸積氣體的超大質(zhì)量黑洞附近常見的密度極高的氣體。” “這是第一個(gè)明確的跡象，表明 GN-z11 擁有一個(gè)正在吞噬物質(zhì)的黑洞。”

利用韋伯，研究小組還發(fā)現(xiàn)了通常在吸積超大質(zhì)量黑洞附近觀察到的電離化學(xué)元素的跡象。此外，他們還發(fā)現(xiàn)銀河系排出了一股非常強(qiáng)大的風(fēng)。這種高速風(fēng)通常是由與超大質(zhì)量黑洞劇烈吸積相關(guān)的過程驅(qū)動(dòng)的。

“韋伯的 NIRCam(近紅外相機(jī))揭示了一個(gè)追蹤宿主星系的擴(kuò)展組件，以及一個(gè)中心緊湊源，其顏色與黑洞周圍吸積盤的顏色一致，”研究員漢娜·烏伯勒(Hannah Übler)說(shuō)，她也是該研究中心 的研究員。卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和卡維利研究所。

總之，這些證據(jù)表明 GN-z11 擁有一個(gè) 200 萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，處于一個(gè)非常活躍的物質(zhì)消耗階段，這就是它如此發(fā)光的原因。

GN-z11 光環(huán)中的原始?xì)怏w團(tuán)引起了研究人員的興趣

同樣由 ??Maiolino 領(lǐng)導(dǎo)的第二個(gè)團(tuán)隊(duì)使用韋伯的 NIRSpec(近紅外光譜儀)在 GN-z11 周圍的光環(huán)中發(fā)現(xiàn)了氦氣團(tuán)。

“事實(shí)上，除了氦氣之外，我們沒有看到任何其他東西，這表明這個(gè)團(tuán)塊一定是相當(dāng)原始的，”麥奧利諾說(shuō)。“這是理論和模擬所預(yù)期的，在這些時(shí)代的特別巨大的星系附近，應(yīng)該有少量的原始?xì)怏w殘留在暈中，這些氣體可能會(huì)坍縮并形成第三族星團(tuán)。”

尋找前所未見的第三族恒星——幾乎完全由氫和氦形成的第一代恒星——是現(xiàn)代天體物理學(xué)最重要的目標(biāo)之一。這些恒星預(yù)計(jì)質(zhì)量非常大、非常明亮并且非常熱。它們的預(yù)期特征是存在電離氦并且不存在比氦重的化學(xué)元素。

第一批恒星和星系的形成標(biāo)志著宇宙歷史的根本轉(zhuǎn)變，在此期間，宇宙從黑暗且相對(duì)簡(jiǎn)單的狀態(tài)演變成我們今天看到的高度結(jié)構(gòu)化和復(fù)雜的環(huán)境。

在未來(lái)的韋伯觀測(cè)中，Maiolino、 Übler 和他們的團(tuán)隊(duì)將更 深入地探索 GN-z11，他們希望加強(qiáng)其光環(huán)中可能形成的第三族恒星的證據(jù)。

關(guān)于GN-z11光環(huán)中原始?xì)怏w團(tuán)塊的研究 已 被《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志接受發(fā)表 。GN-z11 黑洞的研究結(jié)果 于 2024 年 1 月 17 日發(fā)表在 《自然》雜志上 。這些數(shù)據(jù)是作為 JWST 高級(jí)深河外巡天 ( JADES ) 的一部分獲得的，該項(xiàng)目是 NIRCam 和 NIRSpec 團(tuán)隊(duì)的聯(lián)合項(xiàng)目。