暗物質將超大質量黑洞轉化為高能類星體的過程始終貫穿整個歷史，這對宇宙過去的演化產生了影響。每個星系的中心都有一個超大質量黑洞。超過一定大小後，這些黑洞就會變得活躍，發出大量輻射，被稱為類星體。據認為，這些類星體的激活是因為星系周圍存在大質量暗物質暈（DMH），將物質引向星系中心，為黑洞提供能量。

東京大學的一個研究小組發現，在整個宇宙歷史中，類星體受周圍暗物質暈的影響，具有一致的激活模式。這項研究為我們深入了解黑洞的形成、成長以及宇宙更廣泛的演化提供了新的視角。

包括東京大學科學家在內的一個研究小組首次調查了數百個古老的類星體，發現這種行為在整個歷史中都非常一致。這令人驚訝，因為許多大尺度過程在宇宙的整個生命過程中都會出現變化，因此類星體的激活機制可能會對整個宇宙的演化產生影響。

縱軸表示類星體周圍暗物質暈的質量，類星體是具有活動核心的星系。橫軸顯示了宇宙的年齡，左側為現在。鑑於宇宙的許多特性在這些時間尺度上都會發生變化，類星體對應的暗物質暈質量保持穩定令人驚訝。圖片來源：©2023 Arita et al.

測量暗物質暈

測量暗物質光環的質量並不容易；它是一種著名的難以捉摸的物質，如果用”物質”這個詞來形容也不為過，因為暗物質的實際性質尚不清楚。我們之所以知道它的存在，只是因為它對星係等大型結構的引力影響。因此，暗物質只能通過觀察它對事物的引力影響來測量。這包括暗物質拉扯或影響物體運動的方式，或者通過暗物質疑似區域背後物體的透鏡效應（光的彎曲）。

在距離較遠的情況下，這一挑戰會變得更大，因為來自更遙遠、更古老現象的光線可能會非常微弱。但這並沒有阻止天文學系的柏川信成教授和他的團隊試圖回答天文學中一個長期存在的問題：黑洞是如何誕生的，又是如何成長的？

研究人員尤其熱衷於探索與超大質量黑洞有關的問題，超大質量黑洞是最大的一種黑洞，存在於每個星系的中心。如果不是因為有些超大質量黑洞的質量如此之大，它們開始噴射出無比強大的物質射流或輻射球，在這兩種情況下，它們就變成了我們所說的類星體，那麼對它們的研究就會非常困難。這些類星體非常強大，即使在很遠的地方，我們現在也能用現代技術觀測到它們。

首席研究員有田淳也和共同研究員武田義弘在日本國家天文台控制室進行觀測。圖片來源：©2023 Nobunari Kashikawa CC-BY

研究結果和意義

柏川說：”我們首次測量了大約130 億年前宇宙中圍繞著活動黑洞的暗物質暈的典型質量。我們發現類星體的DMH 質量非常穩定，大約是太陽質量的10 萬億倍。我們已經對類星體周圍較新的DMH 進行了測量，這些測量結果與我們看到的較古老類星體的測量結果驚人地相似。這很有趣，因為它表明有一種特徵性的DMH質量似乎能激活類星體，無論它發生在數十億年前還是現在。”

距離很遠的類星體看起來很微弱，因為很久以前離開它們的光線已經散開，被中間的物質吸收，並由於宇宙的長期膨脹而被拉伸成幾乎看不見的紅外線波長。因此，橋川和他的團隊從2016年開始，利用多種不同的儀器對天空進行勘測，其中最主要的是位於美國夏威夷州的日本斯巴魯望遠鏡。

柏川說：”升級後的斯巴魯望遠鏡比以往看得更遠，但我們可以通過擴大國際觀測項目學到更多東西。美國的維拉-C-魯賓天文台，甚至歐盟今年發射的太空歐幾里德衛星，都將掃描更大範圍的天空，發現更多類星體周圍的DMH。我們可以更全面地了解星係與超大質量黑洞之間的關係。這可能有助於我們了解黑洞是如何形成和成長的”。