UHZ1：NASA望远镜发现破纪录的最遥远的黑洞

这个极其遥远的黑洞位于星系 UHZ1 中，在星系团 Abell 2744 的方向上。该星系团距离地球约 35 亿光年。然而，韦伯数据显示，UHZ1 要比 Abell 2744 远得多。UHZ1 距地球约 132 亿光年，宇宙年龄仅为现在的 3%。

通过钱德拉望远镜两周多的观测，研究人员探测到了来自 UHZ1 的 X 射线辐射--这是银河系中心不断增长的超大质量黑洞的明显特征。X 射线信号非常微弱，钱德拉之所以能够探测到它--即使进行了如此长时间的观测--是因为一种被称为引力透镜的现象将信号增强了四倍。

图像的紫色部分显示的是来自 Abell 2744 中大量炽热气体的 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。插图放大了以 UHZ1 为中心的一小块区域。韦伯图像中的小天体是遥远的 UHZ1 星系，钱德拉图像的中心显示了来自 UHZ1 星系中间超大质量黑洞附近物质的 X 射线。与该星系的红外图像相比，X射线源的尺寸较大，这是因为它代表了钱德拉望远镜所能分辨的最小尺寸。X 射线实际上来自一个比银河系小得多的区域。

天文学家对全景钱德拉图像和特写钱德拉图像采用了不同的平滑处理方法。为了突出微弱的星团发射，对大图像进行了许多像素的平滑处理，但却没有显示出像 UHZ1 这样微弱的 X 射线点源。特写中的平滑处理要少得多，因此可以看到微弱的 X 射线源。图像的方向为北偏右 42.5 度。

这一发现对于理解一些超大质量黑洞--那些包含高达数十亿太阳质量并位于星系中心的黑洞如何在大爆炸后不久就能达到巨大质量非常重要。它们是直接由大量气体云坍缩形成的，从而产生了重约一万到十万个太阳的黑洞？还是它们来自于第一颗恒星的爆炸，而爆炸产生的黑洞重量仅在大约 10 到 100 个太阳之间？

天文学家小组发现了强有力的证据，证明新发现的 UHZ1 黑洞天生质量巨大。根据X射线的亮度和能量，他们估计其质量介于1千万到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相近，这与附近宇宙中星系中心的黑洞形成了鲜明对比，后者通常只包含其所在星系恒星质量的十分之一。

黑洞年轻时的巨大质量，加上它产生的大量 X 射线和韦伯探测到的星系亮度，都与 2017 年对"超大黑洞"的理论预测相吻合，这种黑洞是由巨大的气体云坍缩直接形成的。

一幅插图显示了六个不同的板块。每个板块都展示了巨大气体云坍缩并大量孕育黑洞的过程中的一个步骤，大规模气体云直接坍缩形成重种子黑洞（图片来源：NASA/STSCI/Leah Hustak）

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的综合数据得出的其他结果，来填补早期宇宙的更大空白。

描述这些结果的论文发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上，预印本可在线查阅：

https://arxiv.org/abs/2305.15458

两篇论文中使用的韦伯数据都是一项名为"再电离纪元前的超深层 Nirspec 和 nirCam 观测（UNCOVER）"调查的一部分。由 UNCOVER 团队成员 Andy Goulding 领导的论文发表在《天体物理学杂志通讯》上，预印本可在线查阅：

https://arxiv.org/abs/2308.02750

论文的共同作者包括 UNCOVER 团队的其他成员，以及 Bogdan 和 Natarajan。目前正在审查一篇详细的解释性论文，该论文将 UHZ1 的观测特性与外尺寸黑洞星系的理论模型进行了比较，预印本可在此处查阅：

https://arxiv.org/abs/2308.02654

美国宇航局马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划，史密森天体物理天文台的钱德拉 X 射线中心在马萨诸塞州的剑桥控制科学运行，在马萨诸塞州的伯灵顿控制飞行运行。

詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。韦伯望远镜将揭开太阳系的神秘面纱，眺望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宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划，由美国国家航空航天局（NASA）领导，其合作伙伴包括欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）。