远古类星体和大规模暗物质晕揭示黑洞的秘密

东京大学的一个研究小组发现，在整个宇宙历史中，类星体受周围暗物质晕的影响，具有一致的激活模式。这项研究为我们深入了解黑洞的形成、成长以及宇宙更广泛的演化提供了新的视角。

包括东京大学科学家在内的一个研究小组首次调查了数百个古老的类星体，发现这种行为在整个历史中都非常一致。这令人惊讶，因为许多大尺度过程在宇宙的整个生命过程中都会出现变化，因此类星体的激活机制可能会对整个宇宙的演化产生影响。

纵轴表示类星体周围暗物质晕的质量，类星体是具有活动核心的星系。横轴显示了宇宙的年龄，左侧为现在。鉴于宇宙的许多特性在这些时间尺度上都会发生变化，类星体对应的暗物质晕质量保持稳定令人惊讶。图片来源：©2023 Arita et al.

测量暗物质晕

测量暗物质光环的质量并不容易；它是一种著名的难以捉摸的物质，如果用"物质"这个词来形容也不为过，因为暗物质的实际性质尚不清楚。我们之所以知道它的存在，只是因为它对星系等大型结构的引力影响。因此，暗物质只能通过观察它对事物的引力影响来测量。这包括暗物质拉扯或影响物体运动的方式，或者通过暗物质疑似区域背后物体的透镜效应（光的弯曲）。

在距离较远的情况下，这一挑战会变得更大，因为来自更遥远、更古老现象的光线可能会非常微弱。但这并没有阻止天文学系的柏川信成教授和他的团队试图回答天文学中一个长期存在的问题：黑洞是如何诞生的，又是如何成长的？

研究人员尤其热衷于探索与超大质量黑洞有关的问题，超大质量黑洞是最大的一种黑洞，存在于每个星系的中心。如果不是因为有些超大质量黑洞的质量如此之大，它们开始喷射出无比强大的物质射流或辐射球，在这两种情况下，它们就变成了我们所说的类星体，那么对它们的研究就会非常困难。这些类星体非常强大，即使在很远的地方，我们现在也能用现代技术观测到它们。

首席研究员有田淳也和共同研究员武田义弘在日本国家天文台控制室进行观测。图片来源：©2023 Nobunari Kashikawa CC-BY

研究结果和意义

柏川说："我们首次测量了大约 130 亿年前宇宙中围绕着活动黑洞的暗物质晕的典型质量。我们发现类星体的 DMH 质量非常稳定，大约是太阳质量的 10 万亿倍。我们已经对类星体周围较新的 DMH 进行了测量，这些测量结果与我们看到的较古老类星体的测量结果惊人地相似。这很有趣，因为它表明有一种特征性的DMH质量似乎能激活类星体，无论它发生在数十亿年前还是现在。"

距离很远的类星体看起来很微弱，因为很久以前离开它们的光线已经散开，被中间的物质吸收，并由于宇宙的长期膨胀而被拉伸成几乎看不见的红外线波长。因此，桥川和他的团队从2016年开始，利用多种不同的仪器对天空进行勘测，其中最主要的是位于美国夏威夷州的日本斯巴鲁望远镜。

柏川说："升级后的斯巴鲁望远镜比以往看得更远，但我们可以通过扩大国际观测项目学到更多东西。美国的维拉-C-鲁宾天文台，甚至欧盟今年发射的太空欧几里德卫星，都将扫描更大范围的天空，发现更多类星体周围的DMH。我们可以更全面地了解星系与超大质量黑洞之间的关系。这可能有助于我们了解黑洞是如何形成和成长的"。