在宇宙的遥远深处，宇宙中最古老的黑洞已经显现。这个超大质量黑洞及其母星系 CAPERS-LRD-z9 来自宇宙大爆炸后 5 亿年，这意味着它们起源于 133 亿年前。
发表在《天体物理学杂志》上的一项研究详细介绍了这一突破性发现，该发现可能有助于科学家们了解早期宇宙和黑洞的发展。新识别出的黑洞并非普通黑洞，不仅因为它极其古老；它的亮度、巨大的尺寸和独特的红色使其成为研究人员珍贵的发现。
来自宇宙黎明的黑洞
CAPERS-LRD-z9 的黑洞就像是来自宇宙黎明的原始时间胶囊，那是第一批恒星和星系开始在宇宙中出现的时代。它是由詹姆斯·韦伯太空望远镜的 CAPERS（CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey）项目探测到的，该项目旨在探索遥远的宇宙，了解其结构和演化。
为了捕捉遥远宇宙中的黑洞和恒星的踪迹，科学家们通过将它们发出的光分解成多个波长来观测它们周围的环境。这个过程称为光谱分析，可以让他们确定天体的特征。
要找到黑洞，科学家们会寻找其周围的气体。远离我们的气体的光线会被拉伸成更红的波长，而朝向我们的气体的光线则会被压缩成更蓝的波长。
通过这种方式，参与这项新研究的研究团队成功区分出了 CAPERS-LRD-z9 中黑洞的光谱特征。
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发现红色小点
在仔细观察 CAPERS-LRD-z9 后，研究人员意识到它属于一类被称为“红色小点”的星系，这类星系由 JWST 于 2024 年首次发现。这些星系仅出现在宇宙最初的 15 亿年中，其亮度和紧凑性自最初发现以来一直困扰着科学家。
“红色小点的发现是早期 JWST 数据的一大惊喜，因为它们看起来与哈勃太空望远镜看到的星系完全不同，”合著者 Steven Finkelstein 说，他是德克萨斯大学奥斯汀分校宇宙前沿中心的负责人，在声明中表示。“现在，我们正在研究它们是什么样的以及它们是如何形成的。”
CAPERS-LRD-z9 及其黑洞可能为科学家们提供答案，科学家们一直怀疑超大质量黑洞导致了红色小点的亮度。星系的亮度通常来自大量的恒星，但红色小点形成时，大量的恒星尚未遍布宇宙。
尽管黑洞被描绘成黑暗、吞噬一切的虚空，但实际上它们会产生耀眼的光芒。然而，发光的并不是黑洞本身——它们是不可见的，无法发出或反射光线；相反，是围绕黑洞的气体物质在被加热和压缩时产生光。
研究人员证实，由于 CAPERS-LRD-z9 中的黑洞，这种现象正在发生。
重新思考黑洞的演化
CAPERS-LRD-z9 不仅异常明亮，而且与所有其他红色小点一样，它还具有独特的红色。研究人员认为，这种红色是围绕黑洞的气体造成的，这些气体可能会将经过的光线偏折成红色波长。
该星系黑洞的大小也是一个显著特征，据估计其大小是太阳的 300 倍。与宇宙历史后期形成的黑洞不同，在宇宙最初几亿年形成的黑洞没有那么多资源来壮大。
“这增加了越来越多的证据，表明早期黑洞的增长速度远超我们想象，”Finkelstein 说。“或者它们一开始就比我们的模型预测的质量要大得多。”
研究人员希望收集关于新星系及其黑洞的额外数据，这可能有助于我们更深入地了解宇宙早期黑洞的演化。
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文章来源
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- 《天体物理学杂志》。CAPERS-LRD-z9：一个气体笼罩的红色小点，在 z = 9.288 处拥有一个宽发射线活动星系核
- 麦克唐纳天文台。新发现的星系类别可能表明早期黑洞增长
