宇宙刚诞生时这些巨型黑洞就已出现了

发布者：军中无细盐 2026-7-19 10:09

类星体释放出由落入超大质量黑洞的物质产生的异常巨大的能量。来源：美国国家航空航天局、欧洲空间局及J.Olmsted（空间望远镜科学研究所）

三十一个新发现的古老类星体正为科学家提供迄今为止最清晰的关于宇宙最早巨型黑洞的视角。

类星体是宇宙中最明亮的天体之一，其光芒来自超大质量黑洞吞噬大量物质所释放的能量。有些类星体亮度极高，甚至超过整个星系，使天文学家能够观测到它们跨越超过130亿年的宇宙历史。

现在，一个国际科学家团队发现了31个迄今为止已知最古老的类星体，其中包括两个已知最早的例子。这些非凡的天体在宇宙仅约6.7亿年时就已经发出相当于一万亿个太阳的光芒。这项发表在《天文学与天体物理学》上的发现，为我们提供了迄今为止对宇宙最早阶段最清晰的视角之一，并引发了关于大爆炸后巨型黑洞如何如此迅速形成的新问题。

合著者约瑟夫亨纳维说：这些天体为理解超大质量黑洞的形成提供了最佳线索。他是加州大学圣巴巴拉分校和莱顿大学的联合任命物理学教授。这些‘怪物’——质量是太阳的数十亿倍——在宇宙处于婴儿期时就已存在，其形成原因我们尚不清楚。我们目前仍未完全了解它们是如何如此迅速地变得如此巨大的。

搜寻宇宙中最早期的类星体

天文学家花费数十年寻找首批类星体，因为它们能让人难得地窥见星系的早期阶段以及超大质量黑洞的形成过程。

但找到它们极其困难。在大爆炸后不到约7.7亿年就存在的类星体异常罕见，因为当时只有少数星系成长到足够大的规模来产生它们。即使它们存在，其微弱的光线也很容易被误认为是距离地球近得多的恒星。

宇宙本身带来了另一个挑战。随着空间膨胀，来自这些古老天体的光从紫外线被拉伸到近红外波长，这种效应被称为红移。不幸的是，这些波长与地球大气的自然红外辉光重叠，使得从地面望远镜探测微弱的类星体变得极其困难。天文学家利用红移来估计天体的距离以及它在宇宙历史中出现的时间有多早。

亨纳维说：红移值为7的话，我们就能回溯到宇宙仅7.5亿岁的时候，还不到其当前年龄的6%。

这两个因素使得在这些距离上寻找类星体变得异常困难，莱顿大学亨纳维团队的博士生、第一作者杨大明说。每发现一个这样的类星体，在成像巡天中就有数千颗来自银河系和邻近星系的恒星看起来与之几乎完全相同。而且由于在如此遥远的距离上它们的光会被拉伸到红外波段，我们需要一个既足够广以捕捉这些稀有天体、又足够深以探测其微弱光线的巡天观测。

从地面上看，这种搜索几乎是不可能的。科学家们需要一台位于地球大气层之上的望远镜。

欧几里得正在改变对古老类星体的搜索

欧洲空间局发射了欧几里得空间望远镜，旨在探索宇宙历史中最不为人知的时期之一。该望远镜在地球红外干扰之上的轨道运行，能够探测到地面观测站难以轻易观测到的、天空中大片区域的微弱天体。

利用欧几里得广域巡天的数据，研究人员发现了前所未有的31个古老类星体，它们的年代可追溯到宇宙仅为当前年龄约5%的时候。当这项巡天完成时，它将绘制出超过整个天空三分之一的区域。

过去，天文学家仅发现了少量异常明亮的早期类星体。这使得人们难以了解这类古老天体的整体种群特征。

欧几里得（Euclid）真是一个改变游戏规则的存在，大明说。以前，我们只能找到少数几个最亮的古代类星体，但欧几里得让我们能更高效地在大片天空中搜索，捕捉到更微弱的光线。它是类星体搜寻的独特工具。

早期宇宙中的巨型黑洞

研究人员已经仔细观察了新样本中第二古老的类星体。他们发现它位于一个充满尘埃、气体丰富且正在经历剧烈恒星形成的星系中，这为了解最早期超大质量黑洞的家园可能是什么样子提供了难得的视角。

这些类星体来自再电离时代，这是一个关键的时期，当时第一批恒星和星系通过电离大爆炸后充斥宇宙空间的中性氢改变了宇宙。这个时期为我们今天所看到的宇宙奠定了基础。

在新发现的31颗类星体中，有14颗红移值达到7或更高。其中最古老的两颗红移值分别为7.69和7.77，是迄今为止观测到的最早类星体。它们的光已传播了略超过130亿年，揭示出它们在宇宙诞生最初6.7亿年时的状态。它们也打破了Hennawi团队此前创下的距离纪录。

记录本身只是故事的一部分。

每往时间的更深处回溯一步，这个谜题就变得更令人困惑：宇宙是如何如此迅速地产生超大质量黑洞的？亨纳维说。我们发现了质量达太阳数亿倍的黑洞，而那时宇宙才刚刚开始形成。

回顾更久远的时光

望远镜技术和数据分析的进步正迅速推动天文学更深入地探索宇宙的过去。最初发现10个左右红移值为7或更高的类星体花了十多年时间。欧几里得望远镜在一年内就发现了比这更多的数量，使这类异常古老天体的已知数量增加了一倍多。

机器学习已经变得和新型望远镜一样重要。先进的算法能够筛选数千万个天文源，识别出隐藏在无数外观几乎相同的恒星中的少数真正的类星体。

亨纳维的团队花了数年时间开发这些发现背后的软件。他还领导着PypeIt的开发，这是加州大学天文学家使用凯克望远镜时所用的数据处理软件。由于该校对凯克望远镜的优先访问权，其发现的类星体中有三分之二（包括三个最远的）在那里得到了确认。

该团队的下一个里程碑是发现首个红移超过8的类星体，这将揭示宇宙诞生最初6.3亿年内的天体。

这些发现仅仅是个开始。已获批的詹姆斯韦布空间望远镜观测项目将测量这些黑洞的质量，研究其周围的气体，并利用它们的光线追踪再电离过程是如何展开的。与此同时，阿塔卡马大型毫米波阵列将研究其宿主星系内部的尘埃、气体和恒星形成。

更大的愿景是将所有这些整合到一个连贯的时间线中，亨纳维说：一份关于最初十亿年的类星体编年史。

参考：杨D.、亨纳维J.F.、瓜尔内里F.、沃尔夫J.、贝拉迪塔S.、辛德勒J.T.、休斯A.C.N.、巴尼亚多斯E.、莫特洛克D.J.、杨J.、王F.、范X.、扬克K.、斯特恩D.、威洛特C.J.、巴特A.J.、罗特格灵H.J.A.、瓦拉达拉杰R.G.、德卡里R.、艾勒斯A.C.、埃齐亚蒂M.、傅Y.、黄J.、金X.、康Y.、马丁内斯拉米雷斯L.N.、松冈Y.、大上M.、佩洛R.、雷米吉奥R.P.、蒂W.L.、维内曼斯B.、维特里G.、王B.、阿博L.J.、阿泰克H.、比索格尼S.、博斯曼S.E.I.、鲍勒R.A.A.、康塞利塞C.J.、戴维斯F.B.、古铁雷斯C.M.、哈里凯恩Y.、鲁比努尔K.、洛维尔C.C.、马利奥切蒂M.、马特希J.、里西F.、夏皮M.、斯科特D.、斯皮诺利奥L.、塔尔西塔诺F.、鸟羽Y.、沃尔特F.、韦弗J.R.、扎莫拉尼G.、阿尔蒂耶里B.、阿马拉A.、安德烈昂S.、奥塞尔H.、巴奇加卢皮C.、巴尔迪M.、巴莱斯特拉A.、巴尔德利S.、巴塔利亚P.、比维亚诺A.、布兰基尼E.、布雷西亚M.、卡梅拉S.、卡尼亚斯埃雷拉G.、卡波比安科V.、卡博内C.、卡雷teroJ.、卡斯泰拉诺M.、卡斯蒂尼亚尼G.、卡武蒂S.、钱伯斯K.C.、奇马蒂A.、科洛德罗孔德C.、孔吉多G.、孔韦尔西L.、科潘Y.、库尔班F.、库尔图瓦H.M.、克罗珀M.、奎兰德里J.C.、德高登齐H.、德卢西亚G.、多丁C.、多尔H.、杜斯皮斯M.、杜巴斯F.、杜帕克X.、杜西尼S.、埃斯科菲耶S.、法里纳M.、法里内利R.、费里奥S.、菲内利F.、福尔马努瓦N.、弗赖利斯M.、弗朗西斯奇E.、富马纳M.、加莱奥塔S.、乔治K.、吉利斯B.、乔科利C.、戈麦斯阿尔瓦雷斯P.、格拉西亚卡皮奥J.、格拉齐安A.、格鲁普F.、古佐L.、格温S.、豪根S.V.H.、霍克斯特拉H.、霍姆斯W.、胡克I.M.、霍尔穆特F.、霍恩斯特鲁普A.、贾布瓦拉M.、克尔米切S.、库比克B.、凯肯K.、库梅尔M.、昆兹M.、库尔基苏奥尼奥H.、勒布朗A.M.C.、利戈里S.、利耶P.B.、林德霍尔姆V.、略罗I.、迈内蒂G.、迈诺D.、马约拉诺E.、曼苏蒂O.、马格格拉夫O.、马丁内利M.、马蒂内N.、马鲁利F.、梅西R.J.、麦克拉肯H.J.、梅迪纳塞利E.、梅S.、梅利耶Y.、梅内盖蒂M.、梅林E.、梅兰G.、莫尔J.J.、莫拉A.、莫雷斯科M.、莫斯科迪尼L.、穆纳里E.、中岛R.、奈斯纳C.、尼科尔R.C.、尼米S.M.、帕迪拉C.、帕尔塔尼S.、帕西安F.、佩德森K.、珀西瓦尔W.J.、佩托里诺V.、皮雷斯S.、波伦塔G.、蓬塞M.、波帕L.A.、波泽蒂L.、拉卡G.D.、雷森F.、雷博洛R.、伦齐A.、罗兹J.、里乔G.、里克斯H.W.、罗梅利E.、龙卡雷利M.、罗塞特C.、拉什奥尔姆B.、萨利亚R.、萨克Z.、萨波内D.、索瓦奇M.、席尔默M.、施耐德P.、施拉巴克T.、塞克伦A.、塞德尔G.、塞拉诺S.、西沃拉E.、西蒙P.、西里尼亚诺C.、西里G.、斯坦科L.、施泰因瓦格纳J.、塔拉达克雷斯皮P.、特雷诺I.、泰索雷N.、托夫特S.、托莱多莫雷奥R.、托拉德弗洛F.、图图萨乌斯I.、瓦伦齐亚诺L.、瓦利维塔J.、瓦萨洛T.、王Y.、韦勒J.、泽尔比F.M.、祖卡E.、法比安G.、韦尔塔斯康帕尼M.、马丁弗莱塔斯J.、MonacoP.、斯科泰兹V.、维尔M.，2024年5月15日，《天文学与天体物理学》。DOI：10.105100046361202658883

欧几里得联盟的杨大明、安托万巴塞特和让夏尔屈扬德为这个故事做出了贡献。