韋伯太空望遠鏡團隊正在繼續(xù)進行科學(xué)儀器的調(diào)試工作，這是夏季開始科學(xué)運作前的最后一步。我們最近看到了事件地平線望遠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，每個大星系都有一個巨大的中心黑洞，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鏡將將如何幫助回答這些問題：

"韋伯即將開啟的最激動人心的發(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)量是我們太陽質(zhì)量的數(shù)百萬到數(shù)十億倍。這些超大質(zhì)量黑洞通過吞噬它們周圍的物質(zhì)，以及通過合并較小的黑洞而變得如此巨大。

最近一個有趣的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量為幾十億個太陽質(zhì)量，在宇宙只有大約7億年的時候就已經(jīng)存在了，只是目前138億年年齡的一小部分。這是一個令人費解的結(jié)果，因為根據(jù)標準理論，在這樣的早期時代，沒有足夠的時間來生長這種超大質(zhì)量的黑洞。有人提出了一些方案來解決這個難題。

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質(zhì)量為幾十萬太陽質(zhì)量的黑洞，隨后增殖物質(zhì)，演變成后來時代觀察到的超大質(zhì)量黑洞。最后，嬰兒星系中心密集的核子星團可能通過恒星碰撞或恒星質(zhì)量黑洞的合并產(chǎn)生了中等質(zhì)量的黑洞種子，然后通過吸積作用變得更加巨大。"

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

"韋伯即將在這個領(lǐng)域打開一個全新的發(fā)現(xiàn)空間。有可能第一個黑洞種子最初形成于'嬰兒宇宙'，在大爆炸后短短幾百萬年內(nèi)。韋伯是了解這些原始物體的完美'時間機器'。它卓越的靈敏度使韋伯能夠探測到極其遙遠的星系，而且由于星系發(fā)出的光傳到我們這里需要時間，我們將看到它們在遙遠過去的樣子。

韋伯的NIRSpec儀器特別適合識別原始黑洞的種子。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，那時它們正在貪婪地吞噬物質(zhì)并迅速成長。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還將測量在這些原始黑洞附近運行的氣體的速度。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沒有與任何比氦氣更重的元素相關(guān)的特征來識別。

我期待著利用韋伯前所未有的能力來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)域是一個完全未知的領(lǐng)域，我和我的同事們非常興奮地用韋伯來探索。"

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