研究人员探测到早期宇宙中类星体的宿主星系

詹姆斯·韦伯太空望远镜的新图像首次揭示了来自两个巨大星系的星光，这两个星系拥有活跃生长的黑洞(类星体)，在大爆炸后不到十亿年的时间里就可以看到。本周《自然》杂志上的一项新研究发现，黑洞的质量接近太阳的十亿倍，而宿主星系的质量几乎是太阳的一百倍，这一比例与最近宇宙中发现的比例相似。斯巴鲁望远镜和 JWST 的强大结合为研究遥远宇宙开辟了新的道路。

遥远宇宙中如此巨大黑洞的存在给天体物理学家带来的问题多于答案。当宇宙如此年轻时，这些黑洞怎么会变得如此之大?更令人费解的是，对当地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与其所在的更大星系之间存在明确的关系。星系和黑洞的大小完全不同，那么黑洞和星系哪个先出现呢?这是一个宇宙尺度上的“先有鸡还是先有蛋”的问题。

由卡维里宇宙物理与数学研究所(Kavli IPMU)项目研究员丁旭恒和约翰·西尔弗曼教授以及北京大学卡维里天文与天体物理研究所(PKU-KIAA)卡维里天体物理学研究员Masafusa Onoue领导的国际研究团队已经开始利用 2021 年 12 月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 来回答这个问题。通过研究早期宇宙中的主星系和黑洞之间的关系，科学家可以观察它们的形成，并了解它们之间的关系。 。

类星体是发光的，而它们的宿主星系却是微弱的，这使得研究人员很难在类星体的强光中探测到星系的微弱光线，尤其是在很远的距离。在 JWST 之前，哈勃太空望远镜能够在宇宙年龄不到 30 亿岁但并不年轻时探测到发光类星体的宿主星系。

JWST 在红外波长上的卓越灵敏度和超清晰图像最终使研究人员能够将这些研究推进到类星体和星系最初形成的时间。就在 JWST 开始常规运行几个月后，研究小组观测到了两个类星体 HSC J2236+0032 和 HSC J2255+0251，红移分别为 6.40 和 6.34，当时宇宙的年龄约为 8.6 亿年。这两个类星体是在夏威夷莫纳克亚山顶的 8.2m 斯巴鲁望远镜的深度勘测计划中发现的。这些类星体的相对较低的光度使其成为测量宿主星系特性的主要目标，而宿主的成功探测代表了迄今为止在类星体中探测到星光的最早时代。

这两个类星体的图像是使用 JWST 的 NIRCam 仪器在 3.56 和 1.50 微米的红外波长处拍摄的，在仔细建模并减去吸积黑洞的眩光后，宿主星系变得清晰可见。在 JWST 的 NIRSPEC 为 J2236+0032 拍摄的光谱中也看到了宿主星系的恒星特征，进一步支持了宿主星系的探测。

对宿主星系光度测量的分析发现，这两个类星体宿主星系质量很大，分别是太阳质量的 130 倍和 340 亿倍。通过 NIRSPEC 光谱测量类星体附近湍流气体的速度表明，为类星体提供动力的黑洞质量也很大，分别是太阳质量的 1.4 和 2 亿倍。黑洞质量与宿主星系质量的比率与最近的星系相似，这表明黑洞与其宿主之间的关系在大爆炸后 8.6 亿年就已经存在。

Ding、Silverman、Onoue 和他们的同事将使用预定的第 1 周期 JWST 观测数据，以更大的样本继续这项研究，这将进一步限制黑洞及其宿主星系共同演化的模型。该团队最近获悉，他们在 JWST 的下一个周期中获得了额外的时间来更详细地研究 J2236+0032 的宿主星系。

这项研究的详细信息将于 6 月 28 日发表在《自然》杂志上。