从星系宝宝窥探宇宙早期的奥秘_风闻

　　翻译：王永丰

　　校对：牧夫天文校对群

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文链接：https://www.nytimes.com/2020/10/01/science/astronomy-galaxies-black-hole.html

　　哈勃深场下的星系

　　credit: nasa

　　九月底，天文学家宣布他们在宇宙深处发现了一个被一群年轻原星系所包围着的巨大质量黑洞，这个黑洞形成于婴儿期的宇宙，接近于时间的起点。

　　这个黑洞在宇宙诞生后9亿年的时间里，长成为质量达到十亿个太阳的庞然大物。同时它也是类星体SDSS J1030+0524的能量来源。天文学家推测，这个黑洞及其周围的原星系群，很有可能向我们展示了一个覆盖几百万光年，拥有相当于数万亿太阳质量的星系团的初期形态。

　　SDSS J1030+0524

　　credit：SIMBAD astronomical database

　　这一发现将帮助天文学家更深地理解宇宙中的最大物质结构——星系团——的起源，以及宇宙初期超大质量黑洞如何迅速积累质量。这个发现同时让我们窥视到了宇宙大尺度纤维结构。（宇宙大尺度纤维结构就像清晨占有露水的蛛网，物质-水分在已经构成的纤维结构上聚集。）

　　宇宙大尺度纤维结构 credit：universe today

　　沾有露水的蛛网

　　引用自图行天下

　　来自意大利天体物理研究中心的马尔克.米格诺里博士（Marco Mignoli）告诉大家：“早期宇宙中形成的超大质量黑洞是宇宙中的极端天体系统。但目前我们对它们知之甚少，虽然面对挑战，我们仍然渴望着深入研究它们。”

　　米格诺里博士是论文的主要研究人员。借助那些最强大的天文望远镜，比如哈勃空间望远镜、位于智利的欧南台甚大望远镜、位于美国夏威夷的凯克天文台和位于美国亚利桑那的大型双筒望远镜，科学家们对这一目标进行了长达十年的持续观测。

　　位于夏威夷的凯克天文望远镜

　　credit：planet hunter

　　天文界近来的主流观点认为黑洞和大质量星系应是宇宙中最早形成的天体，他们在宇宙大尺度纤维结构中形成。由于这些节点聚集着大量物质，黑洞和星系的质量增长极其快速。来自约翰霍普金斯大学的学者诺尔曼（Colin Norman）认为新的发现印证了这个观点。

　　在宇宙网节点上聚集着大量物质，为星系和黑洞的形成提供物质基础

　　credit:earthsky

　　来自卡耐基天文台的阿伦.德雷瑟（Alan Dressler）认为：“宇宙纤维结构的概念虽然已经被科学界大体接受，但它的特征没有人能详细描述。我们仅仅可以通过像类星体SDSS J1030+0524所在的目标来进行研究。它点亮了宇宙，为我们画出了轮廓。但即便如此，我们还是需要用最强大的望远镜来长期观测，才能了解宇宙纤维结构的更多特征。”

　　米格诺里博士和一队国际天文学家在古老且遥远的类星体周围寻找超大密度天体的线索。

　　天文学家通过计算从宇宙深处观测到的光的红移，来推测目标在膨胀中宇宙的时间和距离。红移与生活中遇到的多普勒效应原理一致，比如远离我们驶去的汽笛声音调变低。

　　SDSS J1030+0524系统中的黑洞周围原星系

　　credit: new york time

　　类星体SDSS J1030+0524所发出的光呈现出6.31的红移，这意味着当这一束光从类星体发出到被我们所观测，这一段时间里，整个宇宙膨胀了7.31倍。通过计算，这与当时的宇宙年龄相符。这束光在宇宙中穿行了超过一百亿年才被我们所观测到，这意味着SDSS J1030+0524是我们所观测到的最遥远的类星体之一。

　　SDSS J1030+0524      credit:sci-News

　　从哈勃和其他望远镜得到的观测数据中，天文学家发现类星体被很多微光天体所包围。天文学家对他们进行追踪观测和光谱测量。团队成员罗伯托吉利（Roberto Gilli）向大家介绍：“这些物体其实是正在生成恒星的星系”。他们拥有相似的红移程度和一些光谱特性，天文学家将对这些天体做更深刻的研究。这些天体中，有6个在270亿立方光年的空间里拥有着相似的红移程度，都在6.129到6.355之间。天文学家推测，在这270亿立方光年里蕴藏着接近于一万亿倍太阳的质量，相当于一个巨大星系团所拥有的质量，密度超出普通星际空间的两倍。

　　巨型麦哲伦“超级望远镜”

　　这是早期宇宙（宇宙诞生后十亿年）中高密度星系围绕超大质量黑洞的首个光学光谱依据。同时它也支持了宇宙早期的大质量黑洞在暗物质晕形成并且迅速增长。观测上的局限性影响了我们早期宇宙的研究。但迟早我们会突破这些限制，更全面的观测并记录宇宙大尺度纤维结构是下一代“超级望远镜”的主要任务之一。比如，位于智利在建中的巨型麦哲伦望远镜和欧洲极大望远镜（E-ELT），和美国计划在夏威夷建设的三十米望远镜（TMT）。

　　宇宙大尺度纤维结构

　　credit: UCL math & physic science

　　下一代望远镜更强大的集光能力能够让我们更好地分辨出年轻暗淡星系的背景光，以便于获取更精细的宇宙大尺度纤维状结构。迄今为止，我们对于该理论依然建立在将类星体发出的光作为背景光，但那些只发出微光的早期星系则数量更为庞大。在下一代望远镜的帮助下，我们可以更好地了解宇宙大尺度纤维结构。

『天文时刻』 牧夫出品

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GN-z11星系，人类所观测离地球最远的星系。

credit: nasa deep field