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类星体释放出由落入超大质量黑洞的物质产生的异常巨大的能量。来源：美国国家航空航天局、欧洲空间局及J.Olmsted（空间望远镜科学研究所）

三十一个新发现的古老类星体正为科学家提供迄今为止最清晰的关于宇宙最早巨型黑洞的视角。

类星体是宇宙中最明亮的天体之一，其光芒来自超大质量黑洞吞噬大量物质所释放的能量。有些类星体亮度极高，甚至超过整个星系，使天文学家能够观测到它们跨越超过130亿年的宇宙历史。

现在，一个国际科学家团队发现了31个迄今为止已知最古老的类星体，其中包括两个已知最早的例子。这些非凡的天体在宇宙仅约6.7亿年时就已经发出相当于一万亿个太阳的光芒。这项发表在《天文学与天体物理学》上的发现，为我们提供了迄今为止对宇宙最早阶段最清晰的视角之一，并引发了关于大爆炸后巨型黑洞如何如此迅速形成的新问题。

合著者约瑟夫亨纳维说：这些天体为理解超大质量黑洞的形成提供了最佳线索。他是加州大学圣巴巴拉分校和莱顿大学的联合任命物理学教授。这些‘怪物’——质量是太阳的数十亿倍——在宇宙处于婴儿期时就已存在，其形成原因我们尚不清楚。我们目前仍未完全了解它们是如何如此迅速地变得如此巨大的。

搜寻宇宙中最早期的类星体

天文学家花费数十年寻找首批类星体，因为它们能让人难得地窥见星系的早期阶段以及超大质量黑洞的形成过程。

但找到它们极其困难。在大爆炸后不到约7.7亿年就存在的类星体异常罕见，因为当时只有少数星系成长到足够大的规模来产生它们。即使它们存在，其微弱的光线也很容易被误认为是距离地球近得多的恒星。

宇宙本身带来了另一个挑战。随着空间膨胀，来自这些古老天体的光从紫外线被拉伸到近红外波长，这种效应被称为红移。不幸的是，这些波长与地球大气的自然红外辉光重叠，使得从地面望远镜探测微弱的类星体变得极其困难。天文学家利用红移来估计天体的距离以及它在宇宙历史中出现的时间有多早。

亨纳维说：红移值为7的话，我们就能回溯到宇宙仅7.5亿岁的时候，还不到其当前年龄的6%。

这两个因素使得在这些距离上寻找类星体变得异常困难，莱顿大学亨纳维团队的博士生、第一作者杨大明说。每发现一个这样的类星体，在成像巡天中就有数千颗来自银河系和邻近星系的恒星看起来与之几乎完全相同。而且由于在如此遥远的距离上它们的光会被拉伸到红外波段，我们需要一个既足够广以捕捉这些稀有天体、又足够深以探测其微弱光线的巡天观测。

从地面上看，这种搜索几乎是不可能的。科学家们需要一台位于地球大气层之上的望远镜。

欧几里得正在改变对古老类星体的搜索

欧洲空间局发射了欧几里得空间望远镜，旨在探索宇宙历史中最不为人知的时期之一。该望远镜在地球红外干扰之上的轨道运行，能够探测到地面观测站难以轻易观测到的、天空中大片区域的微弱天体。

利用欧几里得广域巡天的数据，研究人员发现了前所未有的31个古老类星体，它们的年代可追溯到宇宙仅为当前年龄约5%的时候。当这项巡天完成时，它将绘制出超过整个天空三分之一的区域。

过去，天文学家仅发现了少量异常明亮的早期类星体。这使得人们难以了解这类古老天体的整体种群特征。

欧几里得（Euclid）真是一个改变游戏规则的存在，大明说。以前，我们只能找到少数几个最亮的古代类星体，但欧几里得让我们能更高效地在大片天空中搜索，捕捉到更微弱的光线。它是类星体搜寻的独特工具。

早期宇宙中的巨型黑洞

研究人员已经仔细观察了新样本中第二古老的类星体。他们发现它位于一个充满尘埃、气体丰富且正在经历剧烈恒星形成的星系中，这为了解最早期超大质量黑洞的家园可能是什么样子提供了难得的视角。

这些类星体来自再电离时代，这是一个关键的时期，当时第一批恒星和星系通过电离大爆炸后充斥宇宙空间的中性氢改变了宇宙。这个时期为我们今天所看到的宇宙奠定了基础。

在新发现的31颗类星体中，有14颗红移值达到7或更高。其中最古老的两颗红移值分别为7.69和7.77，是迄今为止观测到的最早类星体。它们的光已传播了略超过130亿年，揭示出它们在宇宙诞生最初6.7亿年时的状态。它们也打破了Hennawi团队此前创下的距离纪录。

记录本身只是故事的一部分。

每往时间的更深处回溯一步，这个谜题就变得更令人困惑：宇宙是如何如此迅速地产生超大质量黑洞的？亨纳维说。我们发现了质量达太阳数亿倍的黑洞，而那时宇宙才刚刚开始形成。

回顾更久远的时光

望远镜技术和数据分析的进步正迅速推动天文学更深入地探索宇宙的过去。最初发现10个左右红移值为7或更高的类星体花了十多年时间。欧几里得望远镜在一年内就发现了比这更多的数量，使这类异常古老天体的已知数量增加了一倍多。

亨纳维的团队花了数年时间开发这些发现背后的软件。他还领导着PypeIt的开发，这是加州大学天文学家使用凯克望远镜时所用的数据处理软件。由于该校对凯克望远镜的优先访问权，其发现的类星体中有三分之二（包括三个最远的）在那里得到了确认。

该团队的下一个里程碑是发现首个红移超过8的类星体，这将揭示宇宙诞生最初6.3亿年内的天体。

这些发现仅仅是个开始。已获批的詹姆斯韦布空间望远镜观测项目将测量这些黑洞的质量，研究其周围的气体，并利用它们的光线追踪再电离过程是如何展开的。与此同时，阿塔卡马大型毫米波阵列将研究其宿主星系内部的尘埃、气体和恒星形成。

更大的愿景是将所有这些整合到一个连贯的时间线中，亨纳维说：一份关于最初十亿年的类星体编年史。

欧几里得联盟的杨大明、安托万巴塞特和让夏尔屈扬德为这个故事做出了贡献。

相关知识

宇宙是时间、空间与其中所有物质和能量的总和，包含无数星系、恒星、行星及暗物质、暗能量等未知成分。它的起源普遍被认为与约138亿年前的大爆炸相关，至今仍在持续膨胀，人类对其的探索从未停止，不断揭示着它的神秘与浩瀚。

BY: Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara

FY: AI

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