由美国宇航局戈达德太空飞行中心拍摄
早期宇宙中类星体的图解
研究人员将首次用詹姆斯·韦伯太空望远镜详细研究围绕三个明亮类星体的星系
荣誉:美国航天局、欧空局、加空局、约瑟夫·奥姆斯特德 非常遥远、活跃的超大质量黑洞是宇宙中最亮的灯塔
这些被称为类星体的庞然大物被同样遥远的星系包围着
近几十年来，研究人员一直在进行宇宙寻宝，并确定了过去三年中已知的三个最遥远的类星体——每个类星体距离地球超过130亿光年
天文学家推断，超大质量黑洞及其伴随的星系可能需要数十亿年才能形成
在宇宙最初的7亿年里，这些类星体怎么可能变得如此巨大，拥有数十亿个太阳质量？一旦你能看穿它们的眩光，它们伴随的星系是什么样子的？他们的“邻居”长什么样？ 这些问题是亚利桑那大学的范晓辉和杨金义以及德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的爱德华多·巴纳多斯与一个国际天文学家团队将通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测来解决的
“这些真的是很有价值的物品，”范说
“我们构建这个项目是为了学习我们能想到的一切，这样我们的团队和更大的天文团体就能充分探索这些类星体
" 韦伯对红外光的敏感性——包括只能从太空捕捉的中红外波长——将使该团队能够观察到这些物体，这些物体的光已经传播了130亿年，其波长从紫外线和可见光扩展到红外光
韦伯具有无与伦比的灵敏度和空间分辨率，这将揭示这些遥远物体的复杂结构
该团队计划在三个尺度上观察和分析数据:仔细检查类星体本身，在移除类星体的光线后研究周围宿主星系中的恒星，以及对附近的星系进行分类
“这些类星体是非常特殊的物体，”巴纳多斯解释说
“这就是为什么我们希望为韦伯提供最好的描述
" 放大和缩小 范、杨和巴纳多斯没有浪费任何机会:他们将使用韦伯上几乎所有可用的仪器来观察这些类星体
首先，他们将改进对每个超大质量黑洞质量的测量
“这些黑洞的存在对理论模型提出了挑战，”杨说
“我们希望获得对它们质量的更精确测量，以提高我们对它们是如何如此快速形成和增长的理解
" 为了提高其他观测站现有测量的精度，他们将转向光谱——由韦伯的近红外光谱仪(NIRSpec)提供的详细描述物体物理特性的数据，包括质量和化学成分
这将允许团队产生更精确的黑洞质量
接下来，他们将专注于揭示类星体明亮光线背后的星系
他们将使用韦伯的近红外相机(NIRCam)对每个目标拍摄非常深、详细的图像，然后使用计算机模型从每个目标中移除类星体的光
最终经过处理的图像将让他们第一次看到主星系恒星发出的光
该小组还将利用韦伯的中红外仪器(MIRI)获得光谱
没有人能完全预测他们会学到什么
这些古老的星系更紧凑吗？他们的恒星是否比氢和氦含量更高？韦伯肯定会得出新的见解
该团队还将获得类星体及其宿主星系的光谱，以追踪气体在宿主星系中的运动方式，并确定活动的超大质量黑洞是否正在散发出加热星系气体的热风
虽然没有人能实时观看完整的反馈回路(需要几百万年！)，他们可以用NIRSpec对现有的东西进行采样，并开始观察类星体和它们的宿主星系之间的联系
他们还会“缩小”来观察类星体附近的星系
韦伯广阔的高分辨率观测将有助于该团队通过使用韦伯的近红外成像仪和无狭缝摄谱仪(NIRISS)和NIRCam来描述邻近星系的特征
最后，研究人员还将对类星体周围的大规模环境——气体和尘埃的特征——进行采样
大爆炸后7亿或8亿年的宇宙是什么样的？这是一个被称为再电离时代的时期，当时星系之间的气体基本上是不透明的
只有在宇宙最初的十亿年后，气体才变得完全透明，让光更容易传播
该团队将使用近红外光谱测量我们和类星体之间的一切
“我们知道这些类星体存在的时候，宇宙大约有50%是中性的，”巴纳多斯解释说
“这些目标代表了宇宙的一个重要时代——本质上是这一转变的顶峰
韦伯将对这一时期的情况提出新的限制
" 范、杨和巴纳多斯将通过向天文学界发布数据和工具来加速早期宇宙类星体的全面研究，从而分享这一彻底观测计划的丰富内容
范说:“韦伯将帮助我们在理解这些物体方面实现下一个量子飞跃。”
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