天文学家借助韦布望远镜测出百亿光年外休眠黑洞质量
天文学家利用韦布望远镜，通过引力透镜效应测量了100亿光年外MRG-M0138星系中心一个休眠超大质量黑洞的质量，约为60亿个太阳，创下最远纪录，为研究黑洞与星系演化提供新方法。
天文学家干了一件很酷的事：他们用詹姆斯·韦布空间望远镜（韦布望远镜），逮住了一个“沉睡的巨型天体”——一个休眠的超大质量黑洞。它藏在100亿光年之外，是目前人类测量过的最远的超大质量黑洞。
这个黑洞位于一个名叫MRG-M0138的星系中心。我们看到的，是它在宇宙诞生大约40亿年时的模样。通过韦布望远镜的“火眼金睛”，科学家发现这颗黑洞的质量惊人——相当于60亿个太阳。
说起超大质量黑洞，人们通常想到的是它们疯狂吞噬物质的样子：周围盘踞着炽热的气体，发出耀眼的光芒，成为活动星系核，格外醒目。但黑洞也有“打盹”的时候。一旦周围物质被吃光了，它就进入休眠状态，变得几乎“隐身”。不过，别忘了，即便沉寂无声，它的引力依然在搅动周围的气体、尘埃，甚至改变附近恒星的运行轨迹——而恒星，是可以被观测到的。
为了“抓住”这个沉寂的庞然大物，研究团队用韦布望远镜盯上了MRG-M0138星系中心那些恒星的轨迹。原理其实不复杂：黑洞虽然不发光，但它的引力会拉动周围的恒星。只要测出恒星的运动速度，就能推算出背后那个“隐形胖子”的重量。这种方法，此前早已在近得多的地方大显身手——比如我们银河系中心的人马座A星，那颗质量相当于430万个太阳的黑洞，就是这么被算出来的。人马座A距离我们只有2.6万光年，而之前用同样方法测量过的最远黑洞，也不过7亿光年。这次一出手，直接杀到了100亿光年以外，把纪录甩开了足足15倍。这意味着，该技术终于被成功应用于测算如此遥远的休眠黑洞了。
研究负责人、伦敦大学学院的理查德·埃利斯说得挺直白：“通过分析这个遥远星系核心恒星的整体运动，我们测出了这颗原本无法直接探测的黑洞的质量。现在，这个技术被证明在早期宇宙观测中也能用，我们终于能更完整地梳理黑洞的演化史，搞清楚它们到底在星系演变中扮演了什么角色。”
当然，追踪MRG-M0138星系中心恒星的运动，不是什么轻松活。科学家们还借助了一种天然的“宇宙放大镜”——引力透镜效应。这个玩意儿，源自爱因斯坦的广义相对论。
什么是引力透镜效应？
广义相对论说，有质量的天体会让时空（就是三维空间加上一维时间构成的四维整体）发生弯曲。引力，说白了就是时空弯曲产生的效应。天体质量越大，时空弯曲越厉害，引力也就越强。
当一个大质量天体（比如单个星系或星系团）恰好挡在地球和一个更远的星系之间，就玩出了一手“透镜”的把戏。来自遥远星系的光线，在穿过前方大质量天体“压弯”的时空时，原本的直线光路会发生偏折。离“透镜”越近，偏折越厉害。这就导致同一个天体发出的光线，会分成不同时间抵达望远镜。这种效应不仅能放大远方的影像，极端情况下，甚至能让同一个天体在同一张照片里出现好几个影子，分布在不同的位置。
这次，正好有一个星系夹在地球和MRG-M0138中间，充当了透镜，把后者发出的光线重新聚焦，一下子放大了30倍。借助这个天然优势，埃利斯团队得以精细还原MRG-M0138星系的内部结构。
美国卡内基科学研究所的安德鲁·纽曼说：“把韦布的数据和引力透镜结合起来，我们就能窥探到黑洞的引力影响范围。在它的地盘内，引力会显著提速周围恒星的运动。这是目前测算黑洞质量最有效的手段之一，能把这种方法用到宇宙更早的时期，确实让人兴奋。”
更有意思的是，研究团队还发现，不仅中心的黑洞在“睡觉”，MRG-M0138星系本身也早已“停工”，不再孕育新的恒星了。这很可能是那个黑洞早年疯狂“进食”时留下的后果。那时它还是个明亮狂暴的类星体——活动星系核的核心。剧烈活动释放的能量，像台风一样把周围的气体和尘埃往外推，一方面切断了黑洞自己的“口粮”，让它进入休眠；另一方面也抽干了星系里形成恒星所需的原料，最终整个星系都停止了恒星诞生。
这次观测，加上韦布望远镜后续可能找到的更多休眠黑洞数据，将帮助科学家更深入地理解星系与超大质量黑洞之间那种奇妙的协同演化关系——也就是，这些宇宙中的巨型天体，到底是怎么把它们的宿主星系的“造星工厂”给关停的。
这项研究的成果，已于6月4日发表在《科学》期刊上。
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