韋伯太空望遠鏡團隊正在繼續進行科學儀器的調試工作，這是夏季開始科學運作前的最後一步。我們最近看到了事件地平線望遠鏡拍攝的銀河系中心的黑洞的壯觀圖像。現代天文學的謎題之一是，每個大星係都有一個巨大的中心黑洞，而其中一些黑洞甚至在宇宙的早期就已經大得令人吃驚。

韋伯的近紅外光譜儀（NIRSpec）儀器科學小組的成員Roberto Maiolino為我們解答了韋伯望遠鏡將將如何幫助回答這些問題：

“韋伯即將開啟的最激動人心的發現領域之一是尋找早期宇宙中的原始黑洞。這些是天文學家在星系核中發現的質量更大的黑洞的種子。大多數（可能是所有）星系的中心都有黑洞，其質量是我們太陽質量的數百萬到數十億倍。這些超大質量黑洞通過吞噬它們周圍的物質，以及通過合併較小的黑洞而變得如此巨大。

最近一個有趣的發現是發現了超大質量黑洞，其質量為幾十億個太陽質量，在宇宙只有大約7億年的時候就已經存在了，只是目前138億年年齡的一小部分。這是一個令人費解的結果，因為根據標準理論，在這樣的早期時代，沒有足夠的時間來生長這種超大質量的黑洞。有人提出了一些方案來解決這個難題。

一種可能性是，由早期宇宙中第一代恆星死亡而產生的黑洞，以特別高的速度吸納了物質。另一種情況是，原始的的氣體雲尚未被比氦更重的化學元素所富集，可以直接坍縮形成一個質量為幾十萬太陽質量的黑洞，隨後增殖物質，演變成後來時代觀察到的超大質量黑洞。最後，嬰兒星系中心密集的核子星團可能通過恆星碰撞或恆星質量黑洞的合併產生了中等質量的黑洞種子，然後通過吸積作用變得更加巨大。”

這幅來自劍橋大學的示意圖顯示了早期宇宙中已知的黑洞（大黑點）和候選的黑洞祖先（陰影區域）的種群

“韋伯即將在這個領域打開一個全新的發現空間。有可能第一個黑洞種子最初形成於’嬰兒宇宙’，在大爆炸後短短幾百萬年內。韋伯是了解這些原始物體的完美’時間機器’。它卓越的靈敏度使韋伯能夠探測到極其遙遠的星系，而且由於星係發出的光傳到我們這裡需要時間，我們將看到它們在遙遠過去的樣子。

韋伯的NIRSpec儀器特別適合識別原始黑洞的種子。我和NIRSpec儀器科學小組的同事將在’活躍’階段尋找它們的特徵，那時它們正在貪婪地吞噬物質並迅速成長。在這些階段，它們周圍的物質變得非常熱且發出光芒，並使其周圍和其宿主星系中的原子電離。

NIRSpec將把來自這些系統的光分散成光譜，或’彩虹’。活躍的黑洞種子的彩虹將被特定的’指紋’所描述，即高度電離原子的特徵。NIRSpec還將測量在這些原始黑洞附近運行的氣體的速度。較小的黑洞將以較低的軌道速度為特徵。在原始雲中形成的黑洞種子將通過沒有與任何比氦氣更重的元素相關的特徵來識別。

我期待著利用韋伯前所未有的能力來搜索這些黑洞原生體，最終目的是了解它們的性質和起源。早期宇宙和黑洞種子領域是一個完全未知的領域，我和我的同事們非常興奮地用韋伯來探索。”

– 劍橋大學實驗天體物理學教授、卡夫里宇宙學研究所所長羅伯托-馬約利諾