韦布望远镜首次测得百亿光年外六十亿倍太阳质量休眠黑洞

天文学家团队近日取得一项突破性成果：他们首次成功直接测算出一个潜藏在早期宇宙星系中央的休眠黑洞质量。这一休眠黑洞的质量极其惊人，相当于太阳的60亿倍。如今，该黑洞已不再照亮周围区域，但研究团队借助詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），通过精确观测星系中心受黑洞引力影响的恒星运动，最终测定了其质量。这项重要研究成果已正式发表在《科学》期刊上。

相比之下，那些处于活跃吸积状态的黑洞则更容易被观测到。数十年以来，天文学家一直通过搜索类星体来定位这类活跃黑洞。类星体是宇宙中最明亮的天体之一，其巨大能量来源于气体坠入星系中心黑洞时所释放的过程。

此次测算的黑洞位于星系MRG-M0138的核心。这是一个巨型星系，它所发出的光从宇宙诞生仅约30亿年时便启程，最终抵达韦布望远镜。目前，该星系已停止孕育新的恒星，其中央黑洞也进入了沉寂状态。

测量方法：经典技术被推向全新高度

在此之前，天文学家仅在近邻宇宙中应用这种方法测量黑洞质量。2020年，科学家凭借追踪单颗恒星轨道、成功探测到银河系中心黑洞的贡献，还获得了诺贝尔奖。

天文学家曾利用星系中心恒星的整体运动，测算出距离地球约7亿光年范围内的黑洞质量。但在没有韦布望远镜完备探测设备以及引力透镜效应辅助的情况下，人类根本无法对更为遥远的星系开展类似的质量测量工作。

研究团队的纽曼解释道：“我们结合了韦布望远镜极高的观测分辨率，并借助宇宙天然的‘放大镜’——引力透镜效应，成功探测到了这个远在100亿光年之外的黑洞。”

这个星系MRG-M0138正好位于一个巨型星系团的后方，星系团会放大并扭曲其影像，使得这个遥远星系看起来比正常情况下足足大了30倍。

“将韦布望远镜的观测数据与引力透镜效应相结合，我们得以窥探黑洞的引力影响范围。在这个区域内，黑洞的强大引力会显著提升恒星的运行速度。”纽曼补充道，“这是目前测量黑洞质量最为有效的手段之一，因此我们对能够将这一技术应用到宇宙更早期的演化阶段感到非常欣喜。”

此前，人类仅在近邻宇宙中发现过极少数同等规模的休眠黑洞。

意义与启示：黑洞与星系的协同演化故事

这项发现为深入研究早期宇宙中黑洞与星系的协同演化，提供了全新的线索。在近邻星系中，星系中心黑洞的质量与星系自身的诸多特征存在密切关联。然而，长期以来，科学界一直难以验证这种关联在数十亿年前是否已经存在。本次研究表明，在宇宙诞生初期，密度最大的星系内部，黑洞曾经历过一个快速成长的阶段。

如今已陷入沉寂的MRG-M0138，在过去很可能是一个亮度极高的类星体。黑洞高速成长时释放出的巨大能量，会驱散并剥离孕育恒星所必需的气体。这或许正是该星系最终停止形成恒星的关键原因。

下一步：更多“放大镜”与更清晰的观测手段

后续的观测工作正在持续进行中。目前，该团队正在分析韦布望远镜采集的其他同类星系数据。欧几里得卫星与南希・格雷斯・罗曼空间望远镜，未来还将发现更多此前未知的引力透镜现象。由卡内基科学研究所作为创始合作方、正在智利拉斯坎帕纳斯天文台建设的巨型麦哲伦望远镜，其能力甚至有望比韦布望远镜更精细地解析遥远星系中恒星的运动。

研究团队表示，当这套测算方法被应用到更多星系之后，天文学家将进一步揭示超大质量黑洞的形成与成长之谜，以及它们如何塑造星系演化的完整图景。