詹姆斯·韋伯太空望遠鏡揭示了宇宙第一個超大質量黑洞的新起源故事
黑洞可能是看不見的，但它們的影響塑造了星系、現代技術以及人類對其自身極限的理解。
這是耶魯大學理論天體物理學家 Priyamvada Natarajan 上週在瑞士達沃斯世界經濟論壇的一次會議上分享的信息。納塔拉揚的研究重點是宇宙學、引力透鏡和黑洞物理學，他追溯了數十年的理論工作是如何 黑洞 改變了科學家的理解 宇宙 並默默地支持日常技術。
這些方程來自 阿爾伯特·愛因斯坦的理論 廣義相對論它描述了質量和能量如何彎曲空間和時間。雖然黑洞代表了該理論最極端的表現，但同樣的數學對於解釋軌道衛星所經歷的微妙但可測量的時間差異至關重要。 地球。
GPS 衛星上的時鐘比地面上的時鐘走得稍快，因為它們距離地球引力更遠。如果不糾正這些 相對論效應導航誤差會迅速累積，導致 GPS 變得不可靠。
然而，在 20 世紀的大部分時間裡，黑洞在很大程度上被視為數學好奇心——在沒有明確觀測證據的情況下愛因斯坦方程的解。這種情況在 20 世紀 60 年代開始發生變化，當時天文學家 識別出天鵝座 X-1強大的 X 射線源，成為第一個被廣泛接受的黑洞候選者。
天文學家現在知道大多數大型星系，包括 銀河系中央主機 超大質量黑洞 其質量與其宿主星系的性質密切相關。
然而，這張修改後的照片引入了一個新的難題。望遠鏡觀測表明超大質量黑洞形成 在宇宙歷史的極早期當宇宙只有幾億年的時候。其體型龐大且增長迅速 挑戰傳統模式它預測巨星會從像太陽這樣慢慢吞噬周圍物質的坍縮恆星的殘餘物中逐漸成長起來。因此，早期超大質量黑洞的起源故事仍然是天體物理學中最持久的問題之一。
納塔拉詹和她的同事提出了一條無需尋找恆星即可形成宇宙第一個黑洞的途徑。研究小組認為，在特定的初始條件下，原始氣體雲（通常會分裂並形成恆星）反而會集體塌縮成巨大的黑洞。這些物體被稱為 直接坍縮的黑洞將包含電子質量的數万到數十萬倍 太陽 之後的幾億年內 大霹靂。從如此巨大的“種子”開始，有助於解決宇宙形成後不到十億年就存在數十億太陽質量的黑洞所帶來的計時問題。
納塔拉揚說，這樣的系統將是一個“超大質量黑洞星系，其光線不受光的支配”。 星星 但來自其中心一個不斷增長的黑洞。 ”
她的團隊十多年前預測，這些早期黑洞將留下未來觀察者可辨別的獨特觀測特徵，包括 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 （JWST）和 錢德拉X射線天文台。近年來，這些預測已經開始成為現實。
一個引人注目的例子是 UHZ1，它揭示了超大質量黑洞正在生長 已經到位 距離大爆炸僅 4.7 億年，質量約為太陽的 1000 萬倍。
還有一個就是所謂的 銀河無限詹姆斯韋伯太空望遠鏡的觀測結果揭示了兩個緻密的星系核心，周圍環繞著環狀結構，這些環狀結構可能是由兩個盤狀星系之間的正面碰撞形成的。它們之間有一個超大質量黑洞，不在兩個星系的中心，而是懸浮在一個巨大的氣體儲層中，這表明它是由碰撞引起的緻密湍流氣體的直接塌縮形成的。
納塔拉詹說：“在我的職業生涯中，能夠有幸做出可檢驗、經過測試和證明的預測，真是令人興奮。”
她補充說，除了科學影響之外，黑洞還具有哲學意義。
納塔拉詹說：“研究一般的宇宙學，特別是黑洞，確實能喚起一種宇宙的謙遜感。”
“從宇宙中向外看，”她補充道，“獨特地讓我們能夠回顧過去，拼湊出我們所參與的這個美麗的宇宙故事。”
