詹姆斯-韋伯太空望遠鏡捕捉到了兩顆早期宇宙類星體的影像，揭示了黑洞與其宿主星系之間的關係。這項突破表明，在較新的星系中觀測到的質量比在宇宙大爆炸後不到10億年就已經存在了。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）最近對宇宙萌芽時期的兩顆類星體進行的觀測揭示了黑洞與其星系之間早期關係的重要見解，這與近期宇宙中觀測到的質量比相吻合。

新影像首次揭示了宇宙大爆炸後不到10億年的兩個大質量星系的星光，這兩個星系承載著活躍生長的黑洞–類星體。這些黑洞的質量接近太陽質量的十億倍，而宿主星系的質量幾乎是太陽質量的一百倍，這一比例與近代宇宙中發現的情況類似。根據最近發表在《自然》上的一項研究報告，Subaru望遠鏡的寬視野巡天觀測與JWST 的強大組合為研究遙遠的宇宙鋪平了一條新的道路。

近年來，對巨型黑洞的觀測引起了天文學家的注意。事件地平線望遠鏡（EHT）已經開始對星系中心的黑洞”影子”進行成像。2020 年新物理學獎授予了銀河系中心的恆星運動觀測。雖然這種巨型黑洞的存在已經變得確鑿無疑，但沒有人知道它們的起源。

天文學家報告說，在宇宙最初的十億年裡就存在著十億個太陽質量的黑洞–在宇宙如此年輕的時候，這些黑洞怎麼會長得這麼大呢？更令人費解的是，局部宇宙的觀測結果表明，超大質量黑洞的質量與它們所在的更大的星系之間存在著明顯的關係。星系和黑洞的大小完全不同，那是黑洞先出現還是星係先出現呢？這是一個宇宙尺度上的”先有雞還是先有蛋”的問題。

JWST NIRCam 3.6 μm 拍攝的HSC J2236+0032 影像。放大影像、類星體影像以及減去類星體光線後的宿主星系影像（從左到右）。每幅影像中都標示了以光年為單位的影像比例。圖片來源：Ding, Onoue, Silverman 等人

由北京大學卡弗里天文學與天文物理研究所（KIAA）卡弗里天文物理學研究員Masafusa Onoue、卡弗里宇宙物理與數學研究所（IPMU）研究員丁旭恆和IPMU 教授John Silverman 領導的一個國際研究小組已經開始用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）來回答這個問題。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）是美國國家航空暨太空總署（NASA）、歐洲太空總署（ESA）和加拿大太空總署（CSA）合作開發的6.5公尺太空望遠鏡，將於2021年12月發射。

類星體很亮，而它們的宿主星系卻很暗，這就給研究人員在類星體的強光下探測星系的暗光帶來了挑戰，尤其是在很遠的距離上。”尋找紅移6的類星體的宿主星係就像戴著霧濛濛的眼鏡在一場令人嘆為觀止的煙火表演中尋找螢火蟲一樣。宿主星系非常暗淡，而且圖像分辨率非常有限，即使是哈伯太空望遠鏡也是如此，因此要揭開它們隱藏的美麗是一個真正的挑戰，」丁旭恆說。

美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的藝術家概念圖。圖片來源：NASA、ESA 和諾斯羅普-格魯曼公司

研究團隊以JWST觀測到了兩顆類星體，分別是HSC J2236+0032和HSC J2255+0251，紅移分別為6.40和6.34，當時宇宙的年齡大約是8.6億年。這兩顆類星體最初是透過8.2 米蘇巴魯望遠鏡的寬視野巡天發現的，迄今為止，研究小組已經利用該望遠鏡發現了160 多顆類星體。這些類星體的亮度相對較低，是測量宿主星系特性的主要目標，而成功探測到宿主星系則是迄今為止在類星體中探測到星光的最早時間。

這兩顆類星體的圖像是用JWST 的NIRCam 儀器在3.56 和1.50 微米的紅外線波長下拍攝的，在仔細建模並減去來自吸積黑洞的眩光後，宿主星系變得清晰可見。在JWST的NIRSpec為J2236+0032拍攝的光譜中也看到了宿主星系的恆星特徵，進一步支持了宿主星系的探測。”自從我在日本國立天文台攻讀博士學位以來，我就一直深入參與斯巴魯高紅移類星體巡天研究。我們利用斯巴魯望遠鏡成功地探測到了高紅移類星體的星光，對此我感到非常自豪，” Masafusa Onoue 說。

卡弗利IPMU 計畫研究員丁旭恆、約翰-西爾弗曼教授和卡弗利天文學和天體物理學研究所（PKU-KIAA）卡弗利天體物理學研究員Masafusa Onoue（左起）。資料來源：卡弗里國際天文物理研究所、卡弗里國際天文物理研究所、Masafusa Onoue

透過觀測，研究團隊發現黑洞質量與宿主星系質量的比例與近代宇宙中的黑洞質量與宿主星系質量的比例相似。這結果表明，黑洞與宿主星系之間的關係在宇宙大爆炸後的最初十億年內就已經形成。研究團隊將以更大的遙遠類星體樣本繼續這項研究，旨在進一步限制黑洞及其母星系在宇宙時間中的共同演化成長史。這些觀測結果將對黑洞及其母星系的共同演化模型起到約束作用。

編譯來源：ScitechDaily