在时间的黎明发现的最早的黑洞，它已经很大了
宇宙黎明中的一个超大质量黑洞打破了我们所见过的最早黑洞的记录。
它是在一个名为“UHZ1”的星系中被发现的，在宇宙大爆炸后4.7亿年，当时宇宙还只是一个婴儿。事实上，在宇宙的早期，黑洞正处于一个我们从未见过的发展阶段 —— 它的质量与在它周围生长的宿主星系相似。
它是如此遥远（光经过132亿年才到达我们这里），需要钱德拉X射线天文台、詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和相对论的结合才能找到它，它潜伏在时间和空间的黑暗深处。
根据哈佛-史密森天体物理中心（CfA）天体物理学家阿科斯·博格丹（Akos Bogdan）领导的团队的发现，这一发现是超大质量黑洞形成模式的关键证据，这种模式需要巨大的气体云在引力作用下直接坍塌成超密度物体，然后随着时间的推移变得越来越大。
普林斯顿大学的天体物理学家安迪·古尔丁（Andy Goulding）说：“黑洞形成后的成长速度是有物理限制的，但是那些质量更大的黑洞有一个良好的开端。这就像种一棵小树苗，它比你只种一颗种子所需的时间更短。”
超大质量黑洞的特点是它们大得令人难以理解。人马座A*是银河系中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的430万倍 —— 就超大质量黑洞而言，它的质量相对较小。
我们真的不知道这些物体是如何变得如此笨重的，但有一件事正变得非常清楚：在早期的宇宙中，它们的数量比我们预期的要多得多，而且它们太大了，不可能在大爆炸后不久从恒星大小的东西长到那么大。
弄清楚发生了什么事的最好方法是观察并根据我们观察到的情况做出推断，但第一步说起来容易做起来难。
宇宙黎明（Cosmic Dawn）覆盖了大爆炸后大约10亿年的时间，它确实非常遥远，在那个遥远的地方，任何光线都非常暗淡、非常红，因为时空的膨胀而减弱。
JWST是迄今为止建造的最强大的太空望远镜，它用红色的光观察宇宙。即便如此，这还不够。
为了发现UHZ1, 研究团队利用了相对论中一种被称为“引力透镜”的奇特现象。它们的存在是因为一个点上的巨大引力，比如星系团的引力，导致时空本身在它周围弯曲。任何从宇宙更遥远的地方穿过弯曲时空的光都可能被放大、复制和扭曲。
UHZ1位于35亿光年外一个名为“Abell 2744”的星系团之外，该星系团的引力使UHZ1发出的光放大了四倍。这意味着JWST可以分辨星系本身的光；钱德拉能够分辨出中心超大质量黑洞周围旋转的气体发出的X射线。
从这些光中，研究团队估计了黑洞及其周围星系的质量。如果黑洞以最大速度吞噬物质，它的质量是太阳质量的1000万到1亿倍。研究人员发现，这与UHZ1星系中其他恒星的质量总和差不多。
一般来说，黑洞的质量与它的宿主星系的质量之比大约是0.5%。这里涉及的质量表明，UHZ1和它的黑洞仍处于婴儿期 —— 黑洞的种子一定是由直接坍缩形成的，而不是缓慢的吸积。
耶鲁大学的天体物理学家普里亚姆瓦达·纳塔拉扬（Priyamvada Natarajan）说：“我们认为这是第一次探测到‘超大黑洞’，也是迄今为止最好的证据，证明一些黑洞是由巨大的气体云形成的。这是我们第一次看到一个短暂的阶段，在它落后之前，超大质量黑洞的重量与星系中的恒星相当。”
这并不是说缓慢吸积模型也不可能是正确的，至少对一些超大质量黑洞来说是这样。但越来越多的证据表明，至少在非常早期的宇宙中，直接坍缩是形成超大黑洞的最佳方式。
即便如此，对于JWST可能在早期宇宙中发现的东西，我们也只触及了皮毛。毫无疑问，黑暗的时间黎明还会给我们带来更多惊喜。
该研究已被《自然天文学》接受，并可在预印本服务器arXiv上获得。
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