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在遙遠的宇宙中存在著超大質量黑洞，這一觀測結果非但沒有給天體物理學家提供揭秘宇宙的答案，反而引發了更多困惑。首先，在宇宙誕生之初，這些超大黑洞是如何在短時間內增長到如此巨大的?其次，更令人費解的是，近鄰星系觀測數據表明，超大黑洞與它們所在的寄主星系之間存在顯著的質量相關性。然而星系和黑洞的尺寸差別很大，兩者聯系是如何建立的?是黑洞先演化還是星系先演化?這是一個宇宙尺度規模的“雞生蛋還是蛋生雞”問題。
研究團隊由此開始通過詹姆斯·韋布空間望遠鏡探索這些問題。該望遠鏡于2021年12月發射，目的是觀察宇宙早期階段的寄主星系和黑洞，從而進一步探尋它們如何形成并相互聯系的。在詹姆斯·韋布空間望遠鏡投入使用之前，哈勃空間望遠鏡最遠觀測到來自100億年前的類星體寄主星系的星光。值得注意的是，當前的理論模型預測宇宙目前的年齡在138億年左右。
詹姆斯·韋布空間望遠鏡在紅外波段下的超強靈敏度和超清晰成像能力，使研究人員能夠將這些研究追溯到類星體和星系首次形成的時期。該望遠鏡開展常規化運行僅幾個月后，該研究團隊觀測了兩顆類星體HSC J2236+0032和HSC J2255+0251，它們發出的光經過了130億年左右的時間到達地球——這也意味著，“光”發生時，宇宙年齡大約在8.6億年。
在精確圖形建模并摘除類星體的閃耀光線后，寄主星系的圖像清晰可見。團隊使用該望遠鏡拍攝了光譜數據，并從中觀察到寄主星系中恒星的特征譜線，進一步支持了類星體中寄主星系的存在。該研究還打破了類星體寄主星系星光探測的最遠紀錄。通過對寄主星系光度的分析，團隊發現它們是非常龐大的星系，其恒星質量分別是太陽質量的1300億和340億倍。通過測量類星體周圍湍流氣體的速度，科學家推斷，驅動類星體的黑洞同樣巨大，它們的質量分別是太陽的14億倍和2億倍。“這些宇宙早期的黑洞與寄主星系的質量關系和近鄰星系情況相似，這表明大爆炸后約8億年內黑洞與寄主之間的質量關系便已建立。”團隊成員丁旭恒說。
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