韋伯團隊繼續(xù)致力于調(diào)試科學(xué)儀器，這是夏季開始科學(xué)操作之前的最后一步。我們最近看到了由事件視界望遠鏡拍攝的銀河系中心黑洞的美麗圖像?，F(xiàn)代天文學(xué)的謎團之一是每個大型星系如何都有一個巨大的中央黑洞，以及這些黑洞中的一些如何在很早的時候就驚人地大。我們詢問了近紅外光譜儀 ( NIRSpec ) 儀器科學(xué)團隊的成員 Roberto Maiolino，告訴我們 Webb 將如何幫助回答其中一些問題。

“韋伯即將開啟的最激動人心的發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域之一是在早期宇宙中尋找原始黑洞。這些是天文學(xué)家在星系核中發(fā)現(xiàn)的更大質(zhì)量黑洞的種子。大多數(shù)（可能是所有）星系的中心都有黑洞，質(zhì)量從我們太陽的數(shù)百萬到數(shù)十億倍不等。這些超大質(zhì)量黑洞已經(jīng)變得如此之大，既通過吞噬周圍的物質(zhì)，也通過合并較小的黑洞。

“最近一個有趣的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量為數(shù)十億太陽質(zhì)量，當(dāng)宇宙只有大約 7 億年的歷史時，它已經(jīng)存在，這只是其當(dāng)前 138 億年年齡的一小部分。這是一個令人費解的結(jié)果，因為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論，在如此早期的時代，沒有足夠的時間來生長如此大質(zhì)量的黑洞。已經(jīng)提出了一些方案來解決這個難題。一種可能性是，由于早期宇宙中第一代恒星的死亡而產(chǎn)生的黑洞以異常高的速度吸積了物質(zhì)。另一種情況是，尚未被比氦重的化學(xué)元素富集的原始氣體云可以直接坍縮形成一個質(zhì)量為幾十萬太陽質(zhì)量的黑洞，并隨后吸積物質(zhì)演變成在后期觀察到的超大質(zhì)量黑洞。最后，嬰兒星系中心的密集核星團可能通過恒星碰撞或恒星質(zhì)量黑洞的合并產(chǎn)生了中等質(zhì)量的黑洞種子，然后通過吸積變得更大。

一張圖表，顯示早期宇宙中已知黑洞的數(shù)量（大黑點）和候選黑洞前身（陰影區(qū)域）。

該圖顯示了早期宇宙中已知黑洞（大黑點）的種群和候選黑洞祖先（陰影區(qū)域）。圖片來源：劍橋大學(xué) Roberto Maiolino。

“韋伯即將在這一領(lǐng)域開辟一個全新的發(fā)現(xiàn)空間。第一個黑洞種子可能最初是在大爆炸后的幾百萬年內(nèi)在“嬰兒宇宙”中形成的。韋伯是了解這些原始物體的完美“時間機器”。其卓越的靈敏度使韋伯能夠探測到極其遙遠的星系，并且由于星系發(fā)出的光到達我們需要時間，我們將看到它們就像它們在遙遠的過去一樣。

“韋伯的 NIRSpec 儀器特別適合識別原始黑洞種子。我和 NIRSpec 儀器科學(xué)團隊的同事們將在“活躍”階段尋找他們的特征，此時他們正在貪婪地吞噬物質(zhì)并迅速成長。在這些階段，它們周圍的物質(zhì)變得非常熱和發(fā)光，并使它們周圍和宿主星系中的原子電離。NIRSpec 會將來自這些系統(tǒng)的光分散成光譜或“彩虹”?；钴S的黑洞種子的彩虹將以特定的“指紋”為特征，即高度電離原子的特征。NIRSpec 還將測量在這些原始黑洞附近運行的氣體的速度。較小的黑洞將以較低的軌道速度為特征。

“我期待著利用韋伯前所未有的能力來尋找這些黑洞的祖先，最終目標(biāo)是了解它們的性質(zhì)和起源。早期宇宙和黑洞種子領(lǐng)域是一個完全未知的領(lǐng)域，我和我的同事們很高興能與韋伯一起探索。”

— Roberto Maiolino，實驗天體物理學(xué)教授，劍橋大學(xué)卡夫利宇宙學(xué)研究所所長

— Jonathan Gardner，韋伯副高級項目科學(xué)家，美國宇航局戈達德太空飛行中心

— Stefanie Milam，韋伯行星科學(xué)副項目科學(xué)家，美國宇航局戈達德