天文学家观察到古老类星体周围难以捉摸的恒星光。

麻省理工学院的天文学家观察到了宇宙中一些最早类星体周围罕见的恒星光。这些遥远的信号可以追溯到13亿多年前的宇宙初期，为科学家揭示了最初黑洞和星系是如何演化的线索。

类星体是活跃星系中耀眼的中心，其中心孕育着一个贪婪的超大质量黑洞。大多数星系都有一个中央黑洞，可能偶尔会吞噬气体和恒星碎片，产生环形发光，随着物质向黑洞涡旋而去，就会生成短暂的光亮。

相比之下，类星体可以在更长的时间内吞噬大量物质，产生极其明亮和持久的环 - 事实上，类星体是宇宙中最明亮的物体之一。

然而，因为它们如此明亮，类星体会使其所在的星系相形见绌。但麻省理工学院的研究小组首次观测到了三个古老类星体宿主星系中更微弱的恒星光。

根据这些罕见的星光，研究人员估算出了每个宿主星系的质量与其中央超大质量黑洞的质量相比。他们发现，对于这些类星体来说，中央黑洞相对于宿主星系的质量要大得多，与现代类似天体相比。

这些发现发表在了《天体物理杂志》上，可能有助于解开最初超大质量黑洞在如此短暂的宇宙时间内是如何变得如此庞大的谜题。特别是，那些最早的巨型黑洞可能源自比现代黑洞更庞大的“种子”。

麻省理工学院卡夫利天体物理学与空间研究所的博士后研究员岳明昊表示：“宇宙成立后，就有了黑洞种子，然后在很短的时间内吞噬物质并快速增长。”“一个重要的问题是要理解这些巨型黑洞是如何能够在宇宙还处于初期阶段时如此迅速地增长的。”

该研究的作者之一、麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯表示：“这些黑洞的质量比太阳大数十亿倍，而当时的宇宙还处于初期阶段。”“我们的结果意味着，在早期宇宙中，超大质量黑洞可能在宿主星系之前获得了它们的质量，并且最初的黑洞种子可能比今天更庞大。”

除了岳明昊和安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯之外，麻省理工学院卡夫利所所长罗伯特·辛科、麻省理工学院哈勃研究员和博士后罗汉·奈杜以及瑞士、奥地利、日本和北卡罗来纳州立大学的合作者也是该研究的共同作者。

类星体耀眼的核心

自1960年代天文学家首次发现类星体以来，人们就已经意识到了它们极端的亮度。他们当时认为类星体的光源自一个类似恒星的“点光源”。科学家将这些物体命名为“类星体”，这是“准恒星”（quasi-stellar）的缩写。自那时起，科学家们已经意识到，类星体实际上并非源自恒星，而是来自于位于也有星星的星系中心的极具力量和持久性的超大质量黑洞的吸积。

要把类星体中央黑洞的光与宿主星系的恒星光区分开来一直是极具挑战性的。这项任务有点像辨别一个大型搜索灯周围的萤火虫群，但近年来，随着美国宇航局詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的发射，天文学家有了更好的机会去做到这一点，因为JWST能够比任何现有望远镜更加敏锐和高分辨率地看到更遥远的宇宙。

在他们的新研究中，岳明昊和艾勒斯利用了JWST连续不断地观测了从2022年秋季到随后的春季的六个已知的古老类星体。总计，该团队收集了超过120小时的对这六个遥远物体的观测数据。

岳明昊表示：“类星体的亮度比它的宿主星系高出数个数量级。之前的图像不足以分辨宿主星系和其所有恒星的外观。”“现在我们首次能够通过非常仔细地建模JWST更加清晰的图像来展现这些恒星的光。”

光的平衡

该团队详细研究了JWST对这六个遥远类星体的成像数据，他们估计这些数据约为130亿年。这些数据包括了不同波长下对每个类星体的光的测量。研究人员将这些数据输入一个模型，用以估算光中有多少来自紧凑的“点光源”，例如中央黑洞的吸积盘，以及有多少来自更分散的光源，例如宿主星系周围的星星的光。

通过这一模型，研究人员将每个类星体的光分解为两个部分：来自中央黑洞的发光盘的光和来自宿主星系更分散的恒星的光。两者的光量反映了它们的总质量。研究人员估计，对于这些类星体来说，中央黑洞与宿主星系的质量之比约为1:10。他们意识到，与今天的1:1000的质量平衡相比，最近形成的黑洞在相对于宿主星系来说要小得多。

艾勒斯解释道：“这告诉我们关于什么会先增长的一些信息：是中央黑洞先增长，然后宿主星系赶上？还是星系和它的恒星先增长，然后它们主导并调节黑洞的增长？”“我们看到，在早期宇宙中，黑洞似乎比宿主星系增长得更快。这是初步证据表明，最初的黑洞种子在那时可能更加庞大。”

岳明昊补充道：“在前几十亿年间，必定存在某种机制能够让黑洞比它们的宿主星系更早地增加它们的质量。这是我们看到的第一个关于这一点的证据，令人兴奋不已。”