天文学家发现沉睡巨兽：60亿倍太阳质量的古老黑洞

发布者：清水有龍 2026-6-26 10:14

詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的高度扭曲的红色星系MRGM0138的图像，该星系是透过前景星系团（白色源）观测到的。通过引力透镜现象，同一个背景星系被多次成像四次。图片来源：NASAJWST

研究人员已经发现了已知最遥远的休眠黑洞，它可以追溯到宇宙的早期历史。

天文学家长期以来依靠明亮的类星体——即正在积极吞噬周围物质的超大质量黑洞——来研究早期宇宙。然而这些发光天体只揭示了故事的一部分。现在，研究人员探测到了迄今为止发现的最遥远的休眠黑洞，为我们提供了一个难得的机会去观察一个已经沉寂的巨型宇宙天体。

国际团队（包括来自伦敦大学学院的科学家）在距离地球超过100亿光年的MRGM0138星系中发现了一个黑洞。这项发表于《科学》杂志的发现，将休眠黑洞的最远距离纪录刷新至此前的15倍。

这个黑洞的质量大约是太阳的60亿倍，观测到它时宇宙尚处于30亿年的早期阶段。它的存在为研究大质量黑洞及其宿主星系在宇宙形成初期的演化提供了前所未有的机会。

为了确定它的质量，研究人员利用美国国家航空航天局詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据，追踪围绕这个原本不可见的天体运行的恒星的运动。尽管这种被称为恒星动力学的方法已被用于测量近得多的星系中的休眠黑洞，但这是它首次在如此遥远的（宇宙学尺度的）距离上成功应用。

资深作者、伦敦大学学院物理与天文学系的理查德埃利斯教授表示：通过确定遥远星系核心内恒星的集体运动方式，我们得以测量其原本无法探测到的超大质量黑洞的质量。通过证明这种技术对早期宇宙星系的可行性，我们现在可以更全面地统计黑洞随时间的演化过程，并推断它们在塑造星系演化中的作用。

天文学家是如何测量一个不可见黑洞的质量的

黑洞本身不发光，但落入黑洞的气体能释放出大量辐射。这些明亮的天体被称为活动星系核或类星体，是宇宙中最明亮的现象之一，相对容易被观测到。

然而，MRGM0138中的超大质量黑洞处于不活跃状态。由于目前没有气体落入其中，天文学家只能通过它对附近恒星的引力影响来探测它。

詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）和引力透镜效应使由卡内基科学研究所的安德鲁纽曼领导的国际天文学家团队首次测量到了早期宇宙中一个休眠黑洞的质量。图片来源：纳维德马维卡内基科学研究所

通过测量围绕星系中心运行的恒星的综合运动，该团队得以确认黑洞的存在并计算其质量。黑洞附近恒星与更远恒星的速度差异为这项测量提供了所需的数据。

这种方法类似于用于测定我们所在星系——银河系中心黑洞质量的方法，也类似于用于测定附近几个星系中心黑洞质量的方法。不过，这是首次将该方法应用于如此遥远的天体。此前，利用该技术研究过的最远星系距离约为7亿光年。

引力透镜实现历史性测量

通常情况下，观测如此遥远的星系中的恒星运动是不可能的。研究人员利用引力透镜效应——一种自然的宇宙放大效应——克服了这一挑战。

位于地球和MRGM0138之间的另一个星系会弯曲并重新聚焦这个遥远星系的光线，将其图像放大30倍。这种放大效应使研究团队能够以原本无法达到的细节水平重建该星系的内部结构。

加利福尼亚州帕萨迪纳市卡内基科学研究所的第一作者安德鲁纽曼博士表示：通过将JWST数据与引力透镜相结合，我们能够窥视黑洞的影响范围内部——在那里，黑洞的引力会加快恒星的速度。这是我们测量黑洞质量的最佳技术之一，因此我们很高兴能将其应用于宇宙历史上更早的时期。

此前仅发现了少数几个这种大小的休眠黑洞，而且它们都离地球近得多。

这项发现揭示了关于星系演化的哪些内容

这一发现为了解早期宇宙中星系与其中心黑洞如何共同演化提供了重要线索。对邻近星系的观测已揭示出星系质量与黑洞质量之间存在紧密联系，但研究人员需要更多来自宇宙历史早期阶段的数据，以理解这种关系是如何形成的。

研究团队发现，这个黑洞及其宿主星系都处于休眠状态。该星系不再产生新的恒星，这表明MRGM0138可能曾包含一个明亮的类星体。研究人员认为，随着黑洞的快速成长，它释放的能量要么加热了形成新恒星所需的气体，要么将这些气体驱逐出去，从而有效终止了恒星形成。

科学家们期望通过詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）和其他太空望远镜的未来观测，发现更多来自早期宇宙的休眠黑洞。这些发现可能会揭示更多关于黑洞如何抑制恒星形成，以及当新鲜物质开始流入时休眠黑洞如何再次活跃的信息。

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