来自早期宇宙的灯塔

类星体通常被描述为宇宙灯塔，它是可以在宇宙边缘观测到的发光灯塔，为天文学家和宇宙学家提供了丰富的研究课题。现在，科学家宣布发现了迄今发现的第二远的类星体，距离地球超过130亿光年。

加州大学圣塔芭芭拉分校物理系教授乔·亨纳维和前加州大学圣塔芭芭拉分校博士后学者弗雷德里克·戴维斯和费格·王提供了关键的建模和数据分析工具，使这一发现成为可能。研究结果目前已在ArXiv预印本上，并将刊登在《天体物理学杂志快报》上。

研究人员已命名对象阿宝̄niuāʻena,这意味着“看不见的旋转的创作来源,与光辉包围”在夏威夷语言。这是第一颗以夏威夷土著名字命名的类星体。

类星体是位于遥远的大质量星系中心的极其明亮的辐射源。在超大质量黑洞上盘旋的物质会产生大量的热量，使其发出紫外线和可见光波长的光。“它们是宇宙中最明亮的物体，”亨纳维说，“它们比宿主星系的亮度高出100倍以上。”

自从发现第一颗类星体以来，天文学家们一直热衷于确定它们在宇宙历史上首次出现的时间。通过系统地寻找这些罕见的物体在天空广域调查,天文学家发现了最遥远的类星体(名为J1342 + 0928)在2018年和现在第二遥远,阿宝̄niuāʻena(或J1007 + 2115)。

团队首次检测到Pōniuāʻena可能类星体梳理后大面积调查。2019年，研究人员利用位于夏威夷莫纳克亚的凯克天文台和双子座天文台观测了该物体，确认了它的存在和身份。

阿宝̄niuāʻena只是第二个类星体还发现在远处计算宇宙学红移大于7.5,或距离地球130亿光年。它的黑洞是同时期已知的另一个类星体的两倍大。这些大质量黑洞在如此早期的存在，挑战了目前关于特大质量黑洞是如何在年轻的宇宙中形成和成长的理论。

一个宇宙之谜

双子和凯克光谱观测显示黑洞驱动阿宝̄niuāʻena比太阳大15亿倍。“阿宝̄niuāʻena是宇宙中最遥远的天体黑洞举办超过十亿倍太阳质量,”第一作者锦衣杨说,亚利桑那大学的博士后研究员。

黑洞通过物质的累积而成长。在标准图像中，超大质量黑洞是从一个小得多的“种子”黑洞发展而来的，“种子”黑洞可能是一颗大质量恒星死亡后的残留物。戴维斯解释说:“因此，令人困惑的是，如此巨大的黑洞是如何在宇宙历史的早期就存在的，因为根据我们目前的理解，它们似乎没有足够的时间来成长。”

对于这么大的一个黑洞在宇宙早期形成这个,它将需要开始作为一个10000 -太阳能大规模种子只黑洞大爆炸后1亿年——而不是从一个小得多的黑洞坍塌形成的一个明星。

“宇宙是如何在它的历史早期产生如此巨大的黑洞的?”亚利桑那大学的范晓辉(音)说。“这一发现对早期宇宙中黑洞形成和增长理论提出了最大的挑战。“更奇特的发现机制形成种子黑洞可能需要解释仅仅存在阿宝̄niuāʻena。

再电离的时期

目前的理论认为，我们所知道的恒星和星系的诞生始于再电离时代。从大爆炸后大约4亿年开始，星系间扩散的物质从中性的氢变成了电离的氢。第一个巨大黑洞的形成被认为是在这段时间发生的。

发现类星体像阿宝̄niuāʻena,再游离的深处,是一个很大的一步理解这个过程再电离和早期的超大质量黑洞的形成和大规模的星系。阿宝̄niuāʻena放置新的和重要的限制再游离的星际介质的进化。

“阿宝̄niuāʻena宇宙就像一个灯塔。当它的光经过漫长的旅程到达地球时，它的光谱被星际介质中的扩散气体改变，这使我们能够确定再电离发生的时间。”亨纳维说。用于从这些遥远的类星体光谱中推断再电离时代信息的建模和数据分析方法，是他与Davies和Wang在加州大学圣巴巴拉分校的研究小组开发的。

亨纳维说:“通过加州大学的天文台，我们获得了使用莫纳克亚山顶的凯克望远镜的特权，这使我们在双子望远镜发现这颗天体后不久就获得了有关它的高质量数据。”

寻找这些遥远的类星体简直是大海捞针。天文学家必须挖掘数十亿天体的数字图像，以便找到类星体候选者。王解释说:“即使你确定了候选者，目前找到它们的成功率也只有1%左右，这需要花费大量昂贵的望远镜时间来观察污染物。”

幸运的是，亨纳维和他的团队正在开发机器学习工具来分析这些大数据，使寻找遥远类星体的过程更加有效。他说:“在未来几年，欧洲航天局的欧几里德卫星和美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将使我们能够在这个距离或更远的地方发现大约100个类星体。”“有了这些物体的大量统计样本，我们将能够为再电离时代构建一个精确的时间轴，同时为黑洞增长之谜提供更多的线索。”