韋伯太空望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)儀器的調(diào)試工作，這是夏季開(kāi)始科學(xué)運(yùn)作前的最后一步。我們最近看到了事件地平線望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系中心的黑洞的壯觀圖像。現(xiàn)代天文學(xué)的謎題之一是，每個(gè)大星系都有一個(gè)巨大的中心黑洞，而其中一些黑洞甚至在宇宙的早期就已經(jīng)大得令人吃驚。

韋伯的近紅外光譜儀(NIRSpec)儀器科學(xué)小組的成員Roberto Maiolino為我們解答了韋伯望遠(yuǎn)鏡將將如何幫助回答這些問(wèn)題：

"韋伯即將開(kāi)啟的最激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域之一是尋找早期宇宙中的原始黑洞。這些是天文學(xué)家在星系核中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量更大的黑洞的種子。大多數(shù)(可能是所有)星系的中心都有黑洞，其質(zhì)量是我們太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億倍。這些超大質(zhì)量黑洞通過(guò)吞噬它們周圍的物質(zhì)，以及通過(guò)合并較小的黑洞而變得如此巨大。

最近一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量為幾十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，在宇宙只有大約7億年的時(shí)候就已經(jīng)存在了，只是目前138億年年齡的一小部分。這是一個(gè)令人費(fèi)解的結(jié)果，因?yàn)楦鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)理論，在這樣的早期時(shí)代，沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)生長(zhǎng)這種超大質(zhì)量的黑洞。有人提出了一些方案來(lái)解決這個(gè)難題。

一種可能性是，由早期宇宙中第一代恒星死亡而產(chǎn)生的黑洞，以特別高的速度吸納了物質(zhì)。另一種情況是，原始的的氣體云尚未被比氦更重的化學(xué)元素所富集，可以直接坍縮形成一個(gè)質(zhì)量為幾十萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，隨后增殖物質(zhì)，演變成后來(lái)時(shí)代觀察到的超大質(zhì)量黑洞。最后，嬰兒星系中心密集的核子星團(tuán)可能通過(guò)恒星碰撞或恒星質(zhì)量黑洞的合并產(chǎn)生了中等質(zhì)量的黑洞種子，然后通過(guò)吸積作用變得更加巨大。"

這幅來(lái)自劍橋大學(xué)的示意圖顯示了早期宇宙中已知的黑洞(大黑點(diǎn))和候選的黑洞祖先(陰影區(qū)域)的種群

"韋伯即將在這個(gè)領(lǐng)域打開(kāi)一個(gè)全新的發(fā)現(xiàn)空間。有可能第一個(gè)黑洞種子最初形成于'嬰兒宇宙'，在大爆炸后短短幾百萬(wàn)年內(nèi)。韋伯是了解這些原始物體的完美'時(shí)間機(jī)器'。它卓越的靈敏度使韋伯能夠探測(cè)到極其遙遠(yuǎn)的星系，而且由于星系發(fā)出的光傳到我們這里需要時(shí)間，我們將看到它們?cè)谶b遠(yuǎn)過(guò)去的樣子。

韋伯的NIRSpec儀器特別適合識(shí)別原始黑洞的種子。我和NIRSpec儀器科學(xué)小組的同事將在'活躍'階段尋找它們的特征，那時(shí)它們正在貪婪地吞噬物質(zhì)并迅速成長(zhǎng)。在這些階段，它們周圍的物質(zhì)變得非常熱且發(fā)出光芒，并使其周圍和其宿主星系中的原子電離。

NIRSpec將把來(lái)自這些系統(tǒng)的光分散成光譜，或'彩虹'。活躍的黑洞種子的彩虹將被特定的'指紋'所描述，即高度電離原子的特征。NIRSpec還將測(cè)量在這些原始黑洞附近運(yùn)行的氣體的速度。較小的黑洞將以較低的軌道速度為特征。在原始云中形成的黑洞種子將通過(guò)沒(méi)有與任何比氦氣更重的元素相關(guān)的特征來(lái)識(shí)別。

我期待著利用韋伯前所未有的能力來(lái)搜索這些黑洞原生體，最終目的是了解它們的性質(zhì)和起源。早期宇宙和黑洞種子領(lǐng)域是一個(gè)完全未知的領(lǐng)域，我和我的同事們非常興奮地用韋伯來(lái)探索。"

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