詹姆斯·韦伯太空望远镜在近红外光下为宇宙进化早期释放科学(CEERS)调查拍摄的放大图像。鸣谢:美国宇航局，欧空局，加空局，史蒂夫·芬克尔斯坦(UT奥斯汀)，米凯拉·巴格利(UT奥斯汀)，丽贝卡·拉森(UT奥斯汀)。
据德克萨斯大学奥斯汀分校：研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)发现了迄今为止最遥远的活动超大质量黑洞。这个名为CEERS 1019的星系存在于大爆炸后约5.7亿年，其黑洞的质量小于早期宇宙中任何其他已知的黑洞。
除了CEERS 1019中的黑洞，研究人员还发现了另外两个较小的黑洞，它们分别存在于大爆炸后的10亿年和11亿年。JWST还发现了11个星系，它们存在于宇宙4.7亿至6.75亿年前。
该证据是由JWST宇宙进化早期释放科学(CEERS)调查提供的，该调查由奥斯丁德克萨斯大学的天文学教授Steven Finkelstein领导。该计划结合了JWST高度详细的近红外和中红外图像以及被称为光谱的数据，所有这些都被用于做出这些发现。
“用这个望远镜观察这个遥远的物体很像是在观察我们附近星系中存在的黑洞的数据，”领导这项研究的UT Austin最近的博士毕业生Rebecca Larson说。“有这么多谱线需要分析。”
该小组在《天体物理学杂志快报》特刊的几篇初始论文中发表了这些结果。
CEERS 1019的引人注目之处不仅在于它存在的时间有多长，还在于它的黑洞相对来说有多轻。它的质量约为900万个太阳质量，远远小于早期宇宙中存在的由其他望远镜探测到的其他黑洞。这些庞然大物的质量通常超过太阳的10亿倍，而且它们更容易被探测到，因为它们更亮。CEERS 1019内的黑洞更像我们银河系中心的黑洞，它的质量是太阳的460万倍。
虽然较小，但这个黑洞存在的时间要早得多，因此仍然很难解释它是如何在宇宙开始后这么快就形成的。研究人员很早就知道较小的黑洞肯定存在于宇宙的早期，但直到JWST开始观察，他们才能够做出明确的探测。
该团队不仅可以解开光谱中哪些发射来自黑洞，哪些来自其宿主星系，他们还可以查明黑洞摄入了多少气体，并确定其星系的恒星形成率。
该团队发现这个星系正在尽可能多地吸收气体，同时也在制造新的恒星。他们转向这些图像，探究这可能是为什么。从视觉上看，CEERS 1019看起来是三个明亮的团块，而不是一个单一的圆盘。
在詹姆斯·韦伯太空望远镜的宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查中，由奥斯汀德克萨斯大学的史蒂文·芬克尔斯坦和丽贝卡·拉森领导的研究小组已经确定了迄今为止最遥远的活动超大质量黑洞。这个黑洞位于CEERS 1019星系内，在宇宙大爆炸后的5.7亿年后存在，其质量远远小于先前在早期宇宙中发现的其他黑洞。鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、Leah Hustak(STScI)
“我们不习惯在这些距离的图像中看到如此多的结构，”CEERS团队成员Jeyhan Kartaltepe说，他是纽约罗切斯特理工学院的天文学副教授。“星系合并可能是助长该星系黑洞活动的部分原因，这也可能导致恒星形成增加。”
这些只是CEERS调查的第一批突破性发现。“到目前为止，关于早期宇宙中物体的研究主要是理论性的，”芬克尔斯坦说。“有了韦伯，我们不仅可以在极远的地方看到黑洞和星系，我们现在还可以开始精确地测量它们。这就是这台望远镜的巨大威力。”
在未来，JWST的数据也可能被用来解释早期黑洞是如何形成的，修正研究人员关于黑洞在宇宙历史的最初几亿年中如何成长和演化的模型。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是由美国宇航局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一项国际计划。
更加遥远的黑洞和星系
CEERS的调查范围很广，还有更多值得探索的地方。缅因州沃特维尔科尔比学院的团队成员戴尔·科切夫斯基和团队很快在数据中发现了另一对小黑洞。
第一个在CEERS 2782星系内，最容易辨认。没有任何灰尘模糊了JWST对它的看法，所以研究人员可以立即确定它的黑洞在宇宙历史上的存在时间——仅在大爆炸后11亿年。
第二个黑洞位于CEERS 746星系，存在时间稍早，在大爆炸后10亿年。它明亮的吸积盘是一个由气体和尘埃组成的环，围绕着它的超大质量黑洞，仍然部分被尘埃遮蔽。
“中央黑洞是可见的，但尘埃的存在表明它可能位于一个也在疯狂涌出恒星的星系中，”科切夫斯基解释道。
这张图显示了宇宙中目前已知的最遥远的活跃超大质量黑洞的探测结果。其中三颗，包括最遥远的一颗(在CEERS 1019星系内)，最近被詹姆斯·韦伯太空望远镜的宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查发现。新的CEERS黑洞比之前在早期宇宙中发现的任何其他黑洞都要小得多。鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、Leah Hustak(STScI)。
与CEERS 1019中的黑洞一样，另外两个新描述的黑洞(位于CEERS 2782和CEERS 746星系中)也是“轻量级”的——至少与这些距离上先前已知的超大质量黑洞相比是如此。它们的质量只有太阳的1000万倍。
“研究人员早就知道早期宇宙中一定存在质量较低的黑洞。韦伯是第一个能如此清晰地捕捉到它们的天文台，”科切夫斯基说。“现在我们认为低质量黑洞可能到处都是，等待被发现。”
在JWST之前，所有三个黑洞都太暗而无法被探测到。“使用其他望远镜，这些目标看起来像普通的恒星形成星系，而不是活跃的超大质量黑洞，”芬克尔斯坦补充道。
JWST的敏感光谱也让这些研究人员能够测量早期宇宙中星系的精确距离，从而确定它们的年龄。国家科学基金会NOIRLab的巴勃罗·阿拉巴尔·哈罗和UT Austin的博士后研究员兼哈勃研究员藤本诚治(Seiji Fujimoto)的团队成员确定了大爆炸后存在4.7亿至6.75亿年的11个星系。不仅它们非常遥远，如此多的明亮星系被探测到的事实也是引人注目的。研究人员推测，JWST探测到的星系会比在这些距离上发现的要少。
“韦伯返回的遥远星系的高度详细的光谱数量让我不知所措，”阿拉巴尔·哈罗说。“这些数据绝对令人难以置信。”
这些星系正在迅速形成恒星，但化学成分还没有离家近得多的星系丰富。
“韦伯是第一个探测到这些星系的人，”藤本解释道。“这一组，以及我们将来可能识别的其他遥远星系，可能会改变我们对整个宇宙历史中恒星形成和星系演化的理解，”他补充道。
该小组在7月6日的《天体物理学杂志快报》特刊上发表了几篇关于CEERS调查数据的初步论文:“CEERS在大爆炸后570 Myr发现一个吸积超大质量黑洞:识别大质量z> 6类星体的祖先”，由Larson领导，“隐藏的小怪物:用CEERS对z> 5的低质量宽线AGN的光谱识别”，由Kocevski领导，“在z≃8−10对CEERS NIRCam选择的星系的光谱确认”，由Arrabal Haro领导，以及“CEERS对NIRCam选择的光谱确认”。
