山東
IT之家 6 月 9 日消息，天文學家借助詹姆斯?韋布空間望遠鏡（韋布望遠鏡），成功測算出一顆“沉睡的巨型天體”—— 一個休眠的超大質量黑洞的質量。該黑洞遠在 100 億光年之外，也是目前人類測得質量的最遠超大質量黑洞。
這顆超大質量黑洞位于 MRG-M0138 星系的中心。我們如今觀測到的這個星系，樣貌停留在宇宙誕生僅約 40 億年的時期。依托韋布望遠鏡，科學家探明，這一黑洞的質量驚人，相當于 60 億個太陽。
當超大質量黑洞處于活躍吞噬物質的狀態時，其周邊區域會聚集大量物質，形成活動星系核，此時黑洞會變得格外醒目。受黑洞極強引力影響，活動星系核會發出耀眼光芒。但黑洞存在一層能困住光線的邊界 —— 事件視界，那些物質補給不足、處于休眠狀態的黑洞就極難被探測，幾乎隱沒在宇宙中。不過，即便這類黑洞沉寂無聲，其引力也不止會攪動周遭盤旋的氣體與塵埃，還會改變環繞它運行的恒星軌跡，而恒星本身是可以被觀測到的。
為探測并測算這顆超大質量黑洞的質量，研究團隊利用韋布望遠鏡，追蹤了 MRG-M0138 星系中心恒星的運行軌跡。這種通過觀測恒星運動測算休眠黑洞質量的方法，此前已應用于距離地球近得多的天體。例如，我們銀河系中心的人馬座 A 黑洞，質量相當于 430 萬個太陽，科學家就曾用此法測出它的質量。人馬座 A 及其周圍恒星距離地球僅 2.6 萬光年，而此前運用這種恒星動力學方法測算質量的黑洞，最遠距離也只有 7 億光年。此次觀測距離達到了以往紀錄的約 15 倍，也是該技術首次成功應用于測算如此遙遠的休眠黑洞。
該研究負責人、倫敦大學學院科學家理查德?埃利斯在一份聲明中表示：“通過分析這個遙遠星系核心恒星的整體運動，我們得以測出這顆原本無法直接探測的超大質量黑洞的質量。這一技術在早期宇宙星系觀測中的可行性得到驗證，如今我們能夠更全面地梳理黑洞的演化歷程，進而探究它們在星系演變過程中發揮的作用。”
然而，追蹤 MRG-M0138 星系中心恒星的運動絕非易事。研究還借助了一種天然宇宙現象 —— 引力透鏡效應，該效應源自阿爾伯特?愛因斯坦的經典引力理論 —— 廣義相對論。
什么是引力透鏡效應？
廣義相對論指出，有質量的天體會讓時空（融合三維空間與一維時間的四維整體）發生彎曲。引力正是時空彎曲產生的效應：天體質量越大，時空彎曲程度就越高，引力也就越強。
當大型天體（如單個星系或星系團）介于地球和更遙遠的天體之間時，引力透鏡效應便會出現。來自遙遠天體的光線，途經前方大質量天體造成的彎曲時空時，原本沿直線傳播的光路會發生偏折。
光線越靠近作為“透鏡”的大質量天體，偏折程度就越大。這就導致同一天體發出的光線會分不同時段抵達人類望遠鏡。該效應不僅能放大遙遠天體的影像，在極端情況下，還會讓同一天體在同一張觀測圖像中呈現出多個影像、分布在不同位置。
介于地球與 MRG-M0138 星系之間的星系，產生了引力透鏡效應，將來自這個遙遠星系的光線重新聚焦，放大了 30 倍。憑借這一條件，埃利斯及其團隊得以精細還原 MRG-M0138 星系的內部結構。
美國帕薩迪納市卡內基科學研究所的安德魯?紐曼說：“結合韋布望遠鏡觀測數據與引力透鏡效應，我們得以窺探黑洞的引力影響范圍。在這片區域內，黑洞的引力會顯著提升恒星的運行速度。這是目前測算黑洞質量最有效的手段之一，能將該方法應用到宇宙更早的時期，我們都倍感振奮。”
研究團隊還發現，除中心黑洞處于休眠狀態外，MRG-M0138 星系本身也已停止孕育新恒星。這一現象大概率源于該超大質量黑洞早年曾瘋狂吞噬物質，彼時它作為明亮的類星體，成為活動星系核的核心。劇烈活動釋放的巨大能量，將氣體和塵埃向外推散：一方面切斷了黑洞的物質來源，使其進入休眠；另一方面也耗盡了星系內形成恒星的原料，最終讓整個星系停止誕生新恒星。
借助本次觀測，再結合韋布望遠鏡后續獲取的更多休眠超大質量黑洞數據，科學家將能更深入地理解星系與超大質量黑洞的協同演化關系，以及這些宇宙巨型天體如何抑制宿主星系的恒星形成。
IT之家注意到，該研究成果已于 6 月 4 日發表在《科學》期刊上。
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