精品久久久久久久久水蜜桃|丁香花五月|新中文字幕麻豆视频|美女下面粉嫩粉嫩冒白浆高清|日本黄h兄妹h动漫一区二区三区|床片激情免费视频|羞羞动漫在线入口免费阅读

  1. 首頁(yè) > 生活百科 > >

一個(gè)質(zhì)量令人費(fèi)解的黑洞：JWST的觀測(cè)揭示了宇宙黎明時(shí)一個(gè)成熟的類(lèi)星體

黑洞


一個(gè)質(zhì)量令人費(fèi)解的黑洞：JWST的觀測(cè)揭示了宇宙黎明時(shí)一個(gè)成熟的類(lèi)星體


藝術(shù)家對(duì)類(lèi)星體明亮核心區(qū)域的印象 ， 類(lèi)星體是一個(gè)活躍的星系 。中心的超大質(zhì)量黑洞被一個(gè)明亮的氣體和塵埃盤(pán)包圍 。更遠(yuǎn)的塵埃成分會(huì)遮擋內(nèi)部的視野，主要照射在中紅外范圍內(nèi)，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可以分析這些光線 。一束束高能粒子束從黑洞附近垂直于圓盤(pán)突出到太空中 。來(lái)源：T.Müller/MPIA
據(jù)馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)：詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在宇宙的一個(gè)特別年輕的階段觀測(cè)到了一個(gè)星系 。回顧過(guò)去 ， 很明顯 ， 來(lái)自J1120+0641星系的光到達(dá)地球的時(shí)間幾乎與宇宙發(fā)展到今天的時(shí)間一樣長(zhǎng) 。正如獨(dú)立測(cè)量所顯示的那樣，令人費(fèi)解的是，當(dāng)時(shí)位于其中心的黑洞的重量竟然超過(guò)了10億太陽(yáng)質(zhì)量 。研究結(jié)果發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上 。
最近對(duì)黑洞附近物質(zhì)的觀察本應(yīng)揭示一種特別有效的進(jìn)食機(jī)制，但他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么特別的東西 。這一結(jié)果更加不同尋常：這可能意味著天體物理學(xué)家對(duì)星系發(fā)展的了解比他們想象的要少 。然而，他們一點(diǎn)也不令人失望 。
宇宙歷史的前10億年提出了一個(gè)挑戰(zhàn)：已知星系中心最早的黑洞質(zhì)量驚人地大 。它們是如何變得如此巨大、如此迅速的？這里描述的新觀測(cè)結(jié)果為反對(duì)一些擬議的解釋提供了有力的證據(jù) ， 特別是反對(duì)最早黑洞的“超有效饋送模式” 。
超大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)的極限
恒星和星系在過(guò)去138億年中發(fā)生了巨大的變化，這是宇宙的生命周期 。星系通過(guò)消耗周?chē)臍怏w或（偶爾）相互融合，變得越來(lái)越大，獲得了更多的質(zhì)量 。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，天文學(xué)家們一直認(rèn)為星系中心的超大質(zhì)量黑洞會(huì)隨著星系本身逐漸長(zhǎng)大 。
但黑洞的增長(zhǎng)不能任意快 。落在黑洞上的物質(zhì)形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的、熱的、明亮的“吸積盤(pán)” 。當(dāng)這種情況發(fā)生在超大質(zhì)量黑洞周?chē)鷷r(shí)，其結(jié)果是一個(gè)活躍的星系核 。最亮的類(lèi)星體是整個(gè)宇宙中最亮的天體之一 。但這種亮度限制了有多少物質(zhì)可以落入黑洞：光施加壓力 ， 可以阻止更多的物質(zhì)落入黑洞 。
黑洞是如何變得如此巨大、如此迅速的？
這就是為什么在過(guò)去的二十年里，天文學(xué)家們對(duì)遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體的觀測(cè)揭示了非常年輕的黑洞，但這些黑洞的質(zhì)量卻高達(dá)100億太陽(yáng)質(zhì)量，這讓他們感到驚訝 。光從遙遠(yuǎn)的物體傳播到我們需要時(shí)間 ， 所以看遙遠(yuǎn)的物體意味著看遙遠(yuǎn)的過(guò)去 。我們看到了已知最遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體，因?yàn)樗鼈兲幱谝粋€(gè)被稱(chēng)為“宇宙黎明”的時(shí)代，距離大爆炸不到10億年 ， 當(dāng)時(shí)第一批恒星和星系形成 。
解釋這些早期的大質(zhì)量黑洞對(duì)當(dāng)前的星系演化模型來(lái)說(shuō)是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn) 。難道早期黑洞在吸積氣體方面比現(xiàn)代黑洞效率高得多嗎？或者塵埃的存在會(huì)影響類(lèi)星體質(zhì)量的估計(jì)，使研究人員高估早期黑洞的質(zhì)量嗎？目前有許多提議的解釋?zhuān)珱](méi)有一種被廣泛接受 。
仔細(xì)觀察早期黑洞的生長(zhǎng)
要決定哪種解釋?zhuān)ㄈ绻械脑挘┦钦_的，需要比以前更完整的類(lèi)星體圖片 。隨著JWST太空望遠(yuǎn)鏡，特別是該望遠(yuǎn)鏡的中紅外儀器MIRI的出現(xiàn) ， 天文學(xué)家研究遙遠(yuǎn)類(lèi)星體的能力發(fā)生了巨大的飛躍 。對(duì)于測(cè)量遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體光譜，MIRI的靈敏度是以前任何儀器的4000倍 。
像MIRI這樣的儀器是由國(guó)際財(cái)團(tuán)建造的，科學(xué)家、工程師和技術(shù)人員密切合作 。當(dāng)然，財(cái)團(tuán)對(duì)測(cè)試他們的儀器是否按計(jì)劃運(yùn)行非常感興趣 。
作為建造儀器的回報(bào)，財(cái)團(tuán)通常會(huì)有一定的觀測(cè)時(shí)間 。2019年 ， 在JWST發(fā)射的幾年前，MIRI歐洲聯(lián)盟決定利用這段時(shí)間觀測(cè)當(dāng)時(shí)已知最遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體 ， 一個(gè)名稱(chēng)為J1120+0641的物體 。
觀測(cè)最早的黑洞之一
分析這些觀測(cè)結(jié)果的責(zé)任落在了莎拉·博斯曼博士身上，她是馬克斯·普朗克天文研究所（MPIA）的博士后研究員 ， 也是MIRI歐洲聯(lián)盟的成員 。MPIA對(duì)MIRI儀器的貢獻(xiàn)包括建造一些關(guān)鍵的內(nèi)部部件 。博斯曼被要求加入MIRI的合作，專(zhuān)門(mén)為如何最好地使用該儀器研究早期宇宙 ， 特別是第一個(gè)超大質(zhì)量黑洞提供專(zhuān)業(yè)知識(shí) 。
這些觀測(cè)是在2023年1月JWST的第一個(gè)觀測(cè)周期進(jìn)行的，持續(xù)了大約兩個(gè)半小時(shí) 。它們構(gòu)成了宇宙黎明時(shí)期對(duì)類(lèi)星體的首次中紅外研究 ， 距離大爆炸（紅移z=7）僅7.7億年 。這些信息不是來(lái)自圖像，而是來(lái)自光譜：物體的光像彩虹一樣分解成不同波長(zhǎng)的成分 。
伴塵和快速移動(dòng)的氣體
中紅外光譜（“連續(xù)體”）的總體形狀編碼了典型類(lèi)星體中圍繞吸積盤(pán)的大型塵埃環(huán)面的性質(zhì) 。這個(gè)環(huán)面有助于將物質(zhì)引導(dǎo)到吸積盤(pán)上 ， “喂養(yǎng)”黑洞 。
對(duì)于那些對(duì)早期大質(zhì)量黑洞的首選解決方案在于替代快速增長(zhǎng)模式的人來(lái)說(shuō)，壞消息是：環(huán)面，以及這個(gè)非常早期的類(lèi)星體中的饋送機(jī)制 ， 似乎與更現(xiàn)代的類(lèi)星體相同 。唯一的區(qū)別是，沒(méi)有任何早期類(lèi)星體快速生長(zhǎng)的模型預(yù)測(cè)到：塵埃溫度略高，比在不太遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體中發(fā)現(xiàn)的最熱塵埃的1300 K高出約100開(kāi)爾文 。
光譜中波長(zhǎng)較短的部分由吸積盤(pán)本身的發(fā)射所主導(dǎo)，這表明對(duì)于我們這些遙遠(yuǎn)的觀察者來(lái)說(shuō)，類(lèi)星體的光并沒(méi)有被比平時(shí)更多的塵埃所暗淡 。也許我們只是因?yàn)轭~外的塵埃而高估了早期黑洞的質(zhì)量 ， 這也不是解決問(wèn)題的辦法 。
早期類(lèi)星體“異常正?！?/b>
類(lèi)星體的寬線區(qū)域，即氣體團(tuán)以接近光速的速度圍繞黑洞運(yùn)行的區(qū)域——這允許推斷黑洞質(zhì)量、周?chē)镔|(zhì)的密度和電離——看起來(lái)也很正常 。從光譜中幾乎可以推斷出的所有性質(zhì)來(lái)看，J1120+0641與后來(lái)的類(lèi)星體沒(méi)有什么不同 。
博斯曼說(shuō)：“總的來(lái)說(shuō)，新的觀測(cè)結(jié)果只會(huì)增加神秘感：早期的類(lèi)星體非常正常 。無(wú)論我們?cè)谀膫€(gè)波長(zhǎng)下觀測(cè)到它們，類(lèi)星體在宇宙的所有時(shí)期都幾乎相同 。” 。當(dāng)宇宙年齡僅為當(dāng)前年齡的5%時(shí)，不僅超大質(zhì)量黑洞本身，而且它們的進(jìn)食機(jī)制顯然已經(jīng)完全“成熟” 。
通過(guò)排除一些替代解決方案，研究結(jié)果有力地支持了這樣一種觀點(diǎn)，即超大質(zhì)量黑洞從一開(kāi)始就具有相當(dāng)大的質(zhì)量，用天文學(xué)的行話來(lái)說(shuō)：它們是“原始的”或“種子大的” 。超大質(zhì)量黑洞不是由早期恒星的殘余形成的，然后質(zhì)量迅速增長(zhǎng) 。它們一定是早期形成的，初始質(zhì)量至少為十萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量，可能是通過(guò)早期巨大氣體云的坍塌形成的 。