Newshot 韦布望远镜发现迄今最古老类星体双星，现有黑洞成长理论难以解释
IT之家 11 月 15 日消息，利用詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST），天文学家发现了迄今观测到的最古老的一对由超大质量黑洞驱动的类星体。不过，这项发现也带来了一个难题：按照现有理论，它们本不应该如此早就存在。
这对紧密相邻的类星体借助双子座北望远镜（Gemini North）得到确认，编号为 J1602+4228AB，昵称为 Nāpōwawāʻenakaulua。这个名称意为“在热量中重生、将能量注入宇宙的无尽强大黑暗中的两个天体”。
天文学家观测到的，是这对类星体在宇宙大爆炸后约 9 亿年时的模样。当时宇宙还处于极其早期的阶段，按照现有理论，超大质量黑洞本应没有足够时间增长到如此惊人的质量。
Nāpōwawāʻenakaulua 不仅是迄今发现的最古老、距离最遥远的类星体双星，两颗超大质量黑洞之间的距离也只有约 1.81 万光年，大约相当于银河系直径的五分之一。它们的质量分别约为太阳的 15 亿倍和 4 亿倍。
这使得 Nāpōwawāʻenakaulua 成为宇宙黎明时期发现的距离最近的一对类星体。宇宙黎明是宇宙诞生最初阶段，第一批恒星、星系和黑洞开始出现的时期。
研究团队负责人、美国国家科学基金会国家光学红外天文学研究实验室（NOIRLab）的西尔维娅 · 奥诺拉托（Silvia Onorato）在一份声明中表示：“目前还没有明确的理论能够解释，为什么宇宙诞生如此早期就已经存在一颗这样的巨型类星体，更不用说同时存在两颗了。”
“我们观测到 Nāpōwawāʻenakaulua 时，宇宙的年龄还不到如今的十三分之一。令人惊讶的是，这两颗超大质量黑洞的质量竟然已经与今天观测到的黑洞相当。”
宇宙黎明时期的超大质量黑洞，如何获得如此多物质？
据IT之家了解，类星体是宇宙中最明亮的天体之一。当大型星系中心的超大质量黑洞被一团扁平、不断旋转的气体和尘埃云包围时，就可能形成类星体。这团物质被称为“吸积盘”，黑洞通过吸积盘不断吞噬物质。
黑洞强大的引力会使吸积盘中的物质高速运动并产生摩擦，进而释放大量热量，使吸积盘发出极其明亮的光芒，其亮度甚至可能超过周围星系中所有恒星的总和。天文学家观测到的这种强烈光芒，就是类星体。
在宇宙诞生至今约 138 亿年的漫长历史中，发现类星体并不算特别令人意外。不过，发现两颗距离如此接近的类星体仍然极为罕见。
事实上，这类双星系统理论上应该并不少见。星系之间经常发生合并，两个星系中心的超大质量黑洞也会因此逐渐靠近。这一过程理应产生大量彼此距离小于典型星系尺寸的类星体双星。
但天文学家在寻找它们时面临三大困难。
首先，超大质量黑洞处于类星体活跃阶段的时间，在宇宙尺度上相对短暂。其次，即使两颗类星体距离比较近，只要它们位于极其遥远的宇宙深处，从地面观测也会显得十分暗淡，难以探测。最后，当两颗超大质量黑洞距离很近、同时又处于极远距离时，望远镜很难将它们分别分辨出来。
尽管如此，天文学家仍然陆续发现了类星体双星。有时，这些双星出现的时间和距离甚至会让研究人员感到棘手，因为它们可能挑战现有的黑洞成长理论。
问题在于宇宙诞生后不到 10 亿年的时期。根据当前模型，黑洞至少需要 10 亿年时间，通过不断吸积物质和相互合并，才能成长到太阳质量数百万倍乃至数十亿倍的规模。
然而，自 2022 年开始投入运行以来，韦布望远镜已经多次发现由超大质量黑洞驱动的类星体，其中一些出现于宇宙大爆炸后仅约 4 亿年。
如果说这些发现已经让现有理论面临挑战，那么 Nāpōwawāʻenakaulua 的出现可能会进一步冲击当前模型。这是天文学家在宇宙黎明时期发现的第三对类星体双星。
研究团队是在韦布望远镜的 Aether 巡天项目数据中发现这对天体的。该项目旨在对早期宇宙中的天体进行系统普查。
借助韦布望远镜搭载的近红外光谱仪（NIRSpec）积分视场单元，研究人员已经发现约 200 个类星体，数量略低于目前已知早期宇宙类星体总数的一半。
研究人员在浏览 Aether 项目的数据时发现，编号为 J1602+4228A 的类星体并非孤立存在，它还有一颗伴星，编号为 J1602+4228B。
从地面望远镜观测来看，要将这两颗类星体分别分辨出来几乎是不可能的。不过，双子座北望远镜最终成功完成了这一任务。关键在于观测时机恰到好处，同时夏威夷莫纳克亚山（Maunakea）上空的天气条件也十分理想。这座休眠火山正是望远镜的所在地。
尽管 Nāpōwawāʻenakaulua 的形成机制目前仍是一个谜，但它可能帮助科学家更深入地理解宇宙黎明时期星系如何逐渐聚集、合并，以及早期宇宙结构如何形成。这是宇宙演化过程中的关键阶段。
奥诺拉托表示：“Nāpōwawāʻenakaulua 是一个非常独特的环境。它为天文学家提供了一个天然实验室，让我们能够研究在宇宙早期，第一批大质量星系及其中心黑洞如何通过星系之间的直接相互作用逐渐组装起来。”
研究团队已于 11 月 10 日将相关成果发表于《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）。
- https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aeb11f
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