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天文学家在早期宇宙中发现了83个超大质量黑洞

发布时间:2019-03-13 23:58:02

来自日本,台湾和普林斯顿大学的天文学家发现了83个类星体,这些类星体来自遥远宇宙中的超大质量黑洞,从宇宙不到现在的10%时开始。

普林斯顿大学天体物理学教授,该研究的共同作者之一迈克尔施特劳斯说:“值得注意的是,大爆炸之后这么大的密集物体能够很快形成。” “了解黑洞在早期宇宙中的形成方式,以及它们的普遍程度,对我们的宇宙学模型来说是一个挑战。”

这一发现大大增加了那个时代已知的黑洞数量,并首次揭示了它们在宇宙历史早期的普遍性。此外,它还提供了对黑洞在其前十亿年中早期宇宙中物理状态影响的新见解。该研究发表在“天体物理学杂志”和日本天文台出版物上发表的一系列论文中。

在星系中心发现的超大质量黑洞可能比太阳质量数百万甚至数十亿倍。虽然它们今天很普遍,但尚不清楚它们何时形成,以及遥远的早期宇宙中存在多少。当气体聚集在它上面时,一个超大质量的黑洞变得可见,使它像一个“类星体”一样闪耀。以前的研究只对非常罕见,最明亮的类星体敏感,因此也是最大质量的黑洞。这一新发现探索了较为微弱的类星体,由黑洞提供动力,其质量可与当今宇宙中的大多数黑洞相媲美。

该研究小组使用了最先进的仪器“Hyper Suprime-Cam”(HSC)拍摄的数据,该仪器安装在日本国家天文台的斯巴鲁望远镜上,该天文台位于夏威夷的Maunakea山顶。 HSC拥有一个巨大的视野 -  1.77度,或者是满月的七倍,安装在世界上最大的望远镜之一上。 HSC团队正在调查300天望远镜时间的天空,分布在五年之内。

该团队从敏感的HSC调查数据中选择了遥远的类星体候选人。然后他们进行了一次密集的观测活动,使用三架望远镜获得这些候选者的光谱:斯巴鲁望远镜;位于西班牙加那利群岛拉帕尔马岛上的Gran Telescopio Canarias;和智利的双子座南望远镜。该调查揭示了83个以前不为人知的非常遥远的类星体。研究人员发现每个立方千兆光年大约有一个超大质量黑洞,换句话说,如果你把宇宙分成十亿亿光年的虚构立方体,那么研究人员发现每个立方千兆光大约有一个超大质量黑洞。一边,每一个都会有一个超大质量的黑洞。

本研究中的类星体样本离地球约130亿光年;换句话说,我们正在看到它们存在于130亿年前。由于大爆炸发生在138亿年前,我们有效地回顾过去,看到这些类星体和超大质量黑洞,因为它们在(已知的)宇宙创建后仅出现了大约8亿年。

人们普遍认为,宇宙中的氢曾经是中性的,但在第一代恒星,星系和超大质量黑洞出生的时候,它们被“再电离” - 分裂成它的组分质子和电子。大爆炸后的一亿年。这是宇宙历史的里程碑,但天文学家仍然不知道是什么提供了引起再电离所需的大量能量。一个令人信服的假设表明,早期宇宙中的类星体比先前检测到的更多,而正是它们的整合辐射使宇宙重新电离。

“然而,我们观察到的类星体的数量表明情况并非如此,”1985年普林斯顿大学博士Robert Lupton解释道。校友是天体物理科学的高级研究科学家。 “所见的类星体数量明显低于解释再电离所需的数量。”因此,再电离是由另一个能源引起的,很可能是在年轻宇宙中开始形成的众多星系。

斯巴鲁和HSC的世界领先的调查能力使本研究成为可能。 “我们发现的类星体将是一个有趣的主题,可用于对现有和未来的设施进行进一步的后续观察,”现任日本爱媛大学的前普林斯顿博士后研究员Yoshiki Matsuoka说。 “通过比较测量的数密度和光度分布与理论模型的预测,我们还将了解超大质量黑洞的形成和早期演化。”

根据迄今取得的成果,该团队期待找到更远的黑洞,并发现宇宙中出现第一个超大质量黑洞的时间。

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