四川
這種默契曾被視為宇宙演化的鐵律，黑洞和星系仿佛是互相約束、共同成長的伴侶。
但詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）用兩個天體，把這張圖撕出了一個大口子。
由日內(nèi)瓦大學(xué)羅曼·邁耶領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊，最近在arXiv發(fā)表了一項研究，報告了在宇宙僅有8億年歷史時觀測到的兩個星系：COLA1和NEPLA4。
左圖：假設(shè)不同愛丁頓比，COLA1/NEPLA黑洞質(zhì)量增長歷史。中圖：根據(jù)最佳擬合的BAGPIPES恒星形成歷史推斷的恒星質(zhì)量增長歷史。右圖：NEPLA4和COLA1、JWST活動星系核以及高紅移類星體的黑洞與恒星質(zhì)量比。
利用JWST的近紅外光譜儀，研究人員在這兩個星系中都探測到了寬氫發(fā)射線，這是中心黑洞正在或曾經(jīng)瘋狂吸積物質(zhì)的典型光譜特征。測算結(jié)果令人震驚：這兩個黑洞的質(zhì)量分別達到約1.7億和1.9億個太陽質(zhì)量，而與它們所在星系的恒星總質(zhì)量相比，這個比例比鄰近宇宙中的典型值高出400到800倍。
簡單來說，在這兩個星系里，黑洞的體量相對于星系本身，就像一顆成年人的頭顱長在嬰兒的身體上。
不僅如此，兩個星系都顯示出一種罕見的雙峰萊曼α信號。這種特征意味著星系周圍存在一個由大量電離氣體組成的清澈氣泡，被稱為"萊曼α氣泡"，其形成需要極強的紫外輻射在周圍中性氫氣體中炸開一個孔洞。研究團隊認(rèn)為，這個氣泡就是黑洞曾經(jīng)作為活躍類星體瘋狂運轉(zhuǎn)時留下的遺跡，一塊宇宙地質(zhì)層中清晰可辨的"化石證據(jù)"。
這項研究最有價值的部分，是對這兩個天體演化歷史的完整推演。
示意圖展示了在類星體后星系中探測到雙峰萊曼α發(fā)射的演化路徑。1. 耀斑類星體形成電離區(qū)，使中性氫的比例保持在較低水平。2. 類星體熄滅后，藍峰萊曼α光子仍可在約100萬年內(nèi)逃逸。3. 一旦氣體與紫外背景輻射達到平衡，星系將顯示寬巴爾末線（氫發(fā)射線），但不再顯示藍峰萊曼α。
通過追溯黑洞的增長時間線，研究團隊發(fā)現(xiàn)，要在如此短暫的宇宙年齡內(nèi)積累起這么大的質(zhì)量，這兩個黑洞必須在大爆炸后僅約1.8億至2.7億年時，就以接近最大理論速率（即愛丁頓極限）的速度持續(xù)吞噬物質(zhì)。那個階段，它們就是名副其實的類星體，亮度足以電離周圍大片空間，抑制了星系中大量恒星的形成。
而現(xiàn)在觀測到的狀態(tài)，是這場瘋狂暴食結(jié)束后不到一百萬年的"類星體后階段"。黑洞已經(jīng)平靜下來，吸積速率跌落到最大值的一小部分；但星系層面，恒星形成卻正在爆發(fā)式推進，仿佛被壓抑已久的能量正在集中釋放。
目前，該團隊正致力于將JWST與即將投入使用的極大望遠(yuǎn)鏡和昴星團望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合使用，系統(tǒng)性地搜尋更多類似的類星體后天體，以構(gòu)建足夠大的樣本，讓統(tǒng)計意義真正確立起來。
宇宙前十億年的那段歷史，正在被一片片拼回原貌。而每一塊新拼圖，都在提醒我們：我們對宇宙如何長大這件事，懂得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
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