詹姆斯·韦伯揭示超大质量黑洞如何塑造宇宙中的大型星系

摘要：詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）观测到一群大质量星系，它们位于大约110亿光年之外，由于受到超大质量黑洞的影响而停止了生长。星系团通常被称为宇宙中的 "大城市"，由已经停止形成恒星并完成生长的巨大椭圆星系组成。尽

詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）观测到一群大质量星系，它们位于大约110亿光年之外，由于受到超大质量黑洞的影响而停止了生长。星系团通常被称为宇宙中的 "大城市"，由已经停止形成恒星并完成生长的巨大椭圆星系组成。尽管进行了大量研究，但恒星形成停止背后的确切机制仍不确定。

在一项开创性的研究中，研究人员利用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了现代星系团的前身。他们的观测结果突显了超大质量黑洞在抑制恒星形成方面的作用，从而使这些星系能够演化成今天宇宙中看到的大质量椭圆结构。

了解星系是如何形成和成长的是天体物理学的一个重点。在宇宙的密集区域，比如星系团，巨型椭圆星系占据着主导地位。这些巨大而古老的星系由老恒星组成。虽然科学家们仍在争论这些星系是如何停止形成新恒星的，但一种主要理论认为超大质量黑洞（SMBH）在其中扮演了关键角色。通过释放强大的能量，超大质量黑洞可以抑制恒星形成所需的气体供应，从而可能导致我们今天观测到的巨椭圆星系的形成。

图 1. 詹姆斯-韦伯望远镜近红外相机的研究结果清楚地表明，有超大质量黑洞活动星系核反馈的大质量星系恒星形成率较低。图片来源：早稻田大学 Rhythm Shimakawa

为了探索这个想法，一个国际研究小组研究了蜘蛛网原星团中的大质量星系，这个星系团位于110亿光年之外（图1）。研究小组利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的数据，对这些遥远的星系进行了前所未有的详细研究。该研究小组由日本早稻田大学的岛川韵副教授领导，成员包括日本国立天文台的小山勇成博士、日本东北大学的儿玉忠之教授、赫尔穆特-丹纳鲍尔博士以及西班牙加那利天文研究所和拉古纳大学的J.M.佩雷斯-马丁内斯博士等。

他们的研究成果于 2024 年 12 月 18 日发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）杂志上。

图 2. 研究小组观测到一个大约 110 亿光年前的星系团，它是我们今天看到的星系团的祖先之一。在4微米左右的近红外波段，JWST近红外相机的空间分辨率比以前的望远镜高出10倍，帮助研究人员实现了这一创举。图片来源：早稻田大学的 Rhythm Shimakawa

研究小组通过安装在 JWST 上的近红外照相机成功地获得了高分辨率的氢重组线图，这些氢重组线表明了恒星形成和 SMBH 的活动。详细分析显示，SMBH活跃的大质量星系没有恒星形成的迹象，这意味着它们的成长受到了SMBH的严重阻碍（图3）。这些结果支持了理论预测，即巨椭圆星系的形成与过去的 SMBH 活动有关。