韦伯在早期宇宙中探测到小而活跃的黑洞

新发现的黑洞位于红移 11 的超亮星系 GN-z11 中，可能起源于红移 12 至 15 的恒星质量种子。

GN-z11是一个年轻但质量适中的星系，位于大熊座。

据估计，这个星系于 2016 年首次被发现，当时宇宙的年龄只有 4.2 亿年，也就是目前年龄的 3%。

GN-z11 比我们的银河系小约 25 倍，恒星质量仅为我们银河系的 1%。

令人惊讶的是，根据这项新研究，该星系拥有一个大约 160 万个太阳质量的黑洞。

“已经提出了多种理论来描述早期宇宙中黑洞种子的形成，并解释在红移 z=6-7.5 时观察到的超大质量黑洞的出现，”剑桥大学教授 Roberto Maiolino 说。和同事。

“由原始云直接坍缩(可能在超大质量恒星形成之前)形成质量在 10,000 到 100 万太阳质量范围内的种子的黑洞——所谓的直接坍缩黑洞——是其中之一最常被调用的模型。”

“然而，其他模型也考虑了恒星和黑洞在致密核星团中的快速合并，以及吸积到第 III 族群黑洞种子甚至正常恒星残余物上。”

“超级爱丁顿吸积也被认为是一种可能性，”他们补充道。

“然而，到目前为止，这些场景都没有经过适当的测试，因为它们需要观察更高红移 (z > 10) 和较低质量(小于 1000 万太阳质量)的黑洞，这在出现之前是不可行的NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韦伯太空望远镜。”

在他们的研究中，Maiolino 教授和合著者对 GN-z11 的光谱进行了广泛的分析。

“最初由哈勃探测到，这是所有哈勃场(包括CANDELS 场和Frontier 场的总和)中红移超过 10 的最亮星系，”他们说。

“比 z=7 处星系的特征光度高三倍，如果主要由恒星形成提供动力，那么发光星系的隐含密度将很难与许多星系形成模型相协调。”

作为JADES 调查的一部分，天文学家分析了使用韦伯近红外光谱仪(NIRSpec) 获得的光谱数据。

对 NIRCam 图像的分析表明，该星系主要由活动星系核(AGN) 主导。

“GN-z11 的光谱特征表明，除了恒星形成之外，该星系还拥有一个吸积黑洞，”作者说。

“我们不排除极端恒星种群的贡献，但是，仅靠Wolf-Rayet 恒星无法解释许多光谱特性。”

“GN-z11 是第一个被光谱确认的高红移超亮星系，”他们补充道。

“我们的分析揭示的 AGN 情景为 GN-z11 的异常亮度提供了自然的解释。”

“如果这是韦伯在高红移下发现的更广泛的发光星系的代表，那么它将大大缓解模型和模拟的紧张局势，并可能表明活动星系核在宇宙再电离中的作用更强。”