这位艺术家的插图描绘了宇宙最初十亿年中存在的两个星系
左边较大的星系中心有一个明亮的类星体，其辉光由超大质量黑洞周围的热物质提供能量
科学家们计算出，美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜的分辨率和红外灵敏度将使它能够探测到这样一个布满灰尘的宿主星系，尽管类星体的探照灯光束
学分:J
奥姆斯特德(STScI) 类星体是宇宙中最亮的物体，也是最有能量的物体之一
它们超越了由数十亿颗恒星组成的整个星系
超大质量黑洞位于每个类星体的中心，但不是每个黑洞都是类星体
只有最贪婪的黑洞才能为类星体提供能量
落入超大质量黑洞的物质升温，导致类星体像灯塔一样猛烈地照耀宇宙
尽管已知类星体位于星系的中心，但很难分辨这些星系是什么样的，以及它们与没有类星体的星系相比如何
面临的挑战是类星体的眩光使得很难或不可能梳理出周围宿主星系的光线
这就像直接看着汽车前灯，试图弄清楚它连接到什么样的汽车上
一项新的研究表明，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，将能够揭示一些遥远类星体的宿主星系，尽管它们体积小，尘埃模糊
“我们想知道这些类星体生活在什么样的星系中
这可以帮助我们回答这样的问题:黑洞怎么能长得这么大这么快？银河系的质量和黑洞的质量之间有关系吗，就像我们在附近的宇宙中看到的那样？澳大利亚墨尔本大学的主要作者玛德琳·马歇尔说，她在全天空天体物理学三维卓越中心进行她的工作
回答这些问题具有挑战性，原因有很多
特别是，一个星系越遥远，它的光就越被宇宙的膨胀拉伸到更长的波长
结果，来自黑洞吸积盘或星系年轻恒星的紫外光被转换成红外波长
在最近的一项研究中，天文学家利用美国宇航局哈勃太空望远镜的近红外能力来研究已知的类星体，希望在没有重大探测的情况下发现它们宿主星系的周围辉光
这表明星系内的尘埃遮蔽了恒星的光线
韦伯的红外探测器将能够透过尘埃窥视并发现隐藏的星系
“哈勃根本没有深入到足够远的红外线中去观察宿主星系
这是韦伯真正擅长的地方，”坦佩亚利桑那州立大学的罗格·温德霍斯特说，他是哈勃研究的合著者
为了确定韦伯预计会看到什么，该团队使用了一种被称为蓝色潮汐的最先进的计算机模拟技术，该技术是由宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学的蒂齐安娜·迪·马特奥领导的团队开发的
“蓝色潮汐旨在研究宇宙历史最初十亿年中星系和类星体的形成和演化
“它巨大的宇宙体积和高空间分辨率使我们能够在统计的基础上研究那些罕见的类星体宿主，”卡耐基梅隆大学的岳影·尼说，他负责管理蓝潮模拟
蓝色潮汐与目前的观测结果非常吻合，并允许天文学家预测韦伯应该看到什么
研究小组发现，拥有类星体的星系往往比平均值小，尽管质量几乎和我们的星系一样大，但它们的跨度只有银河系直径的1/30
马歇尔说:“与当时的平均星系相比，宿主星系小得惊人。”
模拟中的星系也倾向于快速形成恒星，比目前银河系的恒星形成速度快600倍
“我们发现这些系统增长非常快
他们就像早熟的孩子——他们做任何事情都很早，”合著者迪·马特奥解释说
研究小组随后使用这些模拟来确定如果天文台研究这些遥远的系统，韦伯的相机会看到什么
他们发现区分主星系和类星体是可能的，尽管由于星系在天空中的体积较小，这仍然是一个挑战
马歇尔说:“韦伯将首次打开观察这些非常遥远的宿主星系的机会。”
他们还考虑了韦伯的分光计能从这些系统中收集到什么
光谱研究将入射光分成不同的颜色或波长，能够揭示这些系统中尘埃的化学成分
了解它们含有多少重元素可以帮助天文学家了解它们的恒星形成历史，因为大多数化学元素都是在恒星中产生的
韦伯也可以确定宿主星系是否是孤立的
哈勃研究发现，大多数类星体都有可探测的伴星系，但无法确定这些星系是否真的在附近，或者它们是否是偶然的叠加
韦伯的光谱能力将允许天文学家测量这些明显的伴星系的红移，从而确定它们是否与类星体处于相同的距离
最终，韦伯的观察应该为这些极端系统提供新的见解
天文学家仍在努力理解黑洞是如何在10亿年内成长到10亿倍于太阳的重量
“这些大黑洞不应该这么早就存在，因为没有足够的时间让它们长得这么大，”墨尔本大学的合著者斯图尔特·怀斯说
未来的类星体研究也将受到多个即将到来的观测站之间协同作用的推动
与欧洲航天局的欧几里德任务一起进行红外探测，以及陆基维拉C
鲁宾天文台是国家科学基金会/能源部的一个设施，目前正在智利阿塔卡马沙漠的塞罗帕钦建造
这两个天文台将显著增加已知遥远类星体的数量
这些新发现的类星体将由哈勃和韦伯进行检查，以获得对宇宙形成年代的新认识
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