天文学家发现了迄今为止x射线观测到的最遥远的黑洞，它位于130亿光年之外的UHZ1星系。利用钱德拉x射线天文台和詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，研究结果表明，黑洞在诞生时是巨大的，挑战了目前关于早期宇宙超大质量黑洞的理论。来源:美国国家航空航天局

在一个极其遥远的星系中发现了一个正在增长的超大质量黑洞的关键指标——x射线发射。这个星系，UHZ1，距离我们132亿光年，是在宇宙0岁的时候看到的 只有目前年龄的3%。美国宇航局的钱德拉x射线天文台和詹姆斯韦伯太空望远镜联手发现了这一发现。这是。 它被认为是迄今为止证明一些早期黑洞是由巨大的气体云形成的最好证据。

天文学家使用钱德拉和韦伯太空望远镜发现了x射线探测到的最遥远的黑洞(在一个被称为UHZ1的星系中)。x射线发射是超大质量黑洞成长的标志。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。这些图像显示了UHZ1所在的星系团Abell 2744，来自钱德拉的x射线和韦伯的红外数据，以及黑洞宿主星系UHZ1的特写。资料来源:x射线:NASA/CXC/SAO/ákos Bogdán;红外线:NASA / ESA / CSA /太空望远镜科学研究所;图像处理:NASA/CXC/SAO/L。Frattare & K. Arcand

这张照片揭示了迄今为止通过x射线发现的最遥远的黑洞，可能为宇宙中最早的超大质量黑洞的形成提供了线索。这一发现是利用美国宇航局钱德拉x射线天文台(紫色部分)的x射线和詹姆斯韦伯太空望远镜(红色、绿色、蓝色部分)的红外数据得出的。

星系距离和观测

这个极其遥远的黑洞位于Abell 2744星系团方向的UHZ1星系。该星系团距离地球约35亿光年。然而，韦伯的数据显示，UHZ1比Abell 2744要远得多。在距离我们132亿光年远的地方，当宇宙只有现在年龄的3%时，我们就看到了UHZ1。

Gravitational透镜和x射线探测

通过钱德拉两周多的观测，研究人员能够探测到UHZ1的x射线发射——这是银河系中心一个正在增长的超大质量黑洞的一个标志。x射线信号非常微弱，钱德拉之所以能够探测到它——即使经过这么长时间的观测——是因为一种被称为引力透镜的现象，它把信号增强了四倍。

成像技术与定位

图像的紫色部分显示了来自Abell 2744中大量热气体的x射线。红外图像显示了星团中的数百个星系，以及一些前景恒星。插图放大到以UHZ1为中心的一个小区域。韦伯图像中的小物体是遥远的星系UHZ1，钱德拉图像的中心显示了UHZ1中间超大质量黑洞附近物质发出的x射线。x射线源的大尺寸与星系的红外视图相比，是因为它代表了钱德拉可以分辨的最小尺寸。x射线实际上来自一个比星系小得多的区域。

对全视场钱德拉图像和近景钱德拉图像进行了不同的平滑处理。对大图像进行了许多像素的平滑处理，以突出微弱的星团发射，代价是不显示微弱的x射线点源，如UHZ1。对特写的平滑处理要少得多，所以微弱的x射线源是可见的。图像的方向是使北方指向垂直向右42.5度。

插图:由巨大气体云直接坍缩形成的重种子黑洞。图片来源:NASA/STScI/Leah Hustak

发现的意义

这一发现对于理解一些超大质量黑洞——那些拥有数十亿太阳质量并位于星系中心的黑洞——如何在大爆炸后很快达到巨大质量非常重要。它们是直接由巨大的气体云坍缩形成的，产生质量在一万到十万个太阳之间的黑洞吗?还是它们来自于第一批恒星爆炸产生的黑洞，这些黑洞的质量只有大约10到100个太阳?

研究结果及理论意义

天文学家团队发现了强有力的证据，证明UHZ1中新发现的黑洞是巨大的。根据x射线的亮度和能量，他们估计它的质量在1000到1亿个太阳之间。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鲜明对比，后者通常只包含其宿主星系恒星质量的千分之一左右。

黑洞在年轻时的巨大质量，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2017年的理论预测一致，即“超大黑洞”是由巨大的气体云坍塌直接形成的。

o正在进行的研究和合作

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，来绘制一幅更大的早期宇宙图景。

描述这一结果的论文发表在《自然天文学》上。作者包括Akos Bogdan(哈佛和史密森天体物理中心)、Andy Goulding(普林斯顿大学)、Priyamvada Natarajan(耶鲁大学)、Orsolya Kovacs(捷克马萨里克大学)、Grant Tremblay (CfA)、Urmila Chadayammuri (CfA)、Marta Volonteri(法国巴黎天体物理研究所)、Ralph Kraft (CfA)、William Forman (CfA)、Christine Jones (CfA)、Eugene Churazov(德国马克斯普朗克天体物理研究所)和Irina Zhuravleva(芝加哥大学)。

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(揭开)的调查的一部分。由“揭开面纱”团队成员安迪·古尔丁领导的这篇论文发表在《天体物理学杂志快报》上。论文的共同作者包括其他“揭秘”团队成员，以及Bogdan和Natarajan。一篇详细的解释论文将观测到的UHZ1的特性与超大黑洞星系的理论模型进行了比较，目前正在审查中，这里有预印本。

引用:

“来自z≈10 x射线类星体的早期超大质量黑洞重种子起源的证据”，作者:ákos Bogdán, Andy D. Goulding, Priyamvada Natarajan, Orsolya E. Kovács, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayammuri, Marta Volonteri, Ralph P. Kraft, William R. Forman, Christine Jones, Eugene Churazov和Irina Zhuravleva, 2023年11月6日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 02111 - 9

“发现:来自JWST/ nir第一个大质量黑洞的增长-光谱红移对z=10.1”x射线发光AGN的确认，作者:Andy D. Goulding, Jenny E. Greene, David J. Setton, Ivo Labbe, Rachel Bezanson, Tim B. Miller, Hakim Atek， ákos Bogdán, Gabriel Brammer, Iryna Chemerynska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasily Kokorev, Gourav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erica Nelson, Pascal A. Oesch，Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Pieter van Dokkum，王炳杰，2002.3年9月22日，《天体物理学报》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / acf7c5

美国宇航局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市的科学操作，以及马萨诸塞州伯灵顿市的飞行操作。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯望远镜将解开太阳系的谜团，观测其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是由美国宇航局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。分享推特reddit电子邮件分享

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