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《自然》杂志发表吴学兵课题组在类星体研究领域最新成果
日期: 2015-02-26  信息来源: 科维理天文与天体物理研究所

利用中国云南的2.4米丽江望远镜和国外6.5米的多镜面望远镜、8.4米的大双筒望远镜、6.5米的麦哲伦望远镜和8.1米双子座望远镜,由北京大学吴学兵教授领导的以中国天文学家为主的国际团队发现了一颗距离地球128亿光年、中心黑洞质量达到120亿太阳质量的超亮类星体,它是遥远宇宙中目前已知的发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体。这一最新研究成果发表在2015年2月26日出版的国际顶级科学期刊《自然》(Nature)上。该杂志还为此作了题为“年轻黑洞井喷式的快速成长”(Young black hole had monstrous growth spurt)的新闻发布,并邀请德国马普天文研究所的Bram Venemans博士在同期杂志的新闻与评述(News & Views)中专门撰写题为“年轻宇宙里的巨兽”(A giant in the young universe)的文章介绍了这一发现。著名天文学家、中国科学院国家天文台陈建生院士认为这一工作:“基于中国的中小天文设备发现了迄今为止遥远宇宙中的最亮天体,可喜可贺。”

类星体是1963年被发现的一类特殊天体。它们因看起来是“类似恒星的天体”而得名,但实际上却是银河系外能量巨大的遥远天体,其中心是正在猛烈吞噬周围物质的超大质量黑洞,其质量在千万太阳质量以上。这些黑洞虽然自身不发光,但由于其强大的引力,周围物质在快速落向黑洞的过程中以类似“摩擦生热”的方式释放出巨大的能量,使类星体成为宇宙中最耀眼的天体。目前,天文学家们通过大型巡天已经发现了20多万颗类星体,它们分布于宇宙大爆炸之后7亿年至今,对应的宇宙学红移 从7.085到0.05。通过对高红移类星体的探索,人们可以研究到早期宇宙的结构和演化。然而,高红移类星体虽然自身能量巨大,但由于距离太过遥远,在地球上看起来亮度并不高,因此被发现的数目相对较少。在已发现的20多万颗类星体中,距离超过127亿光年(即红移大于6)的类星体只有40个左右。

遥远宇宙中拥有巨大黑洞的类星体示意图(图片制作人:李兆聿(上海天文台)。背景图片来源于NASA/JPL-Caltech和Misti Mountain Observatory)

近年来,北京大学物理学院天文学系教授、科维理天文与天体物理研究所副所长吴学兵领导的研究团队提出了一套基于光学和红外波段天文测光数据选取红移大于5的类星体候选体的有效方法,并利用光谱观测发现了许多高红移类星体,其中最高红移的是一颗名为SDSS J0100+2802的类星体。它的第一个光学波段光谱是在2013年12月29日利用云南丽江的 2.4米望远镜拍摄的,吴学兵等初步判定它是一颗红移高于6.2的类星体。随后他们联合美国、智利等国的天文学家利用国外的多镜面望远镜、大双筒望远镜、麦哲伦望远镜和双子座望远镜 所作的后续观测进一步确认它是红移为6.3的类星体。利用观测到的光谱数据,他们估计出该类星体的光度(即发光能力)超过太阳光度的四百万亿倍,比目前已知的距离最远(离地球130亿光年)的类星体还亮7倍。其中心的黑洞质量达到了120亿个太阳质量,使得它成为目前已知的高红移类星体中光度最高、黑洞质量最大的类星体。

吴学兵等发现的类星体SDSS J0100+2802是已知遥远类星体中黑洞质量和光度最大的[图片制作人:李兆聿(上海天文台)。背景图片是丽江2.4米望远镜圆顶及其天空,由中国科学院云南天文台提供。]

论文第一作者和通讯作者吴学兵教授说:“该类星体非常特别,当我们发现在宇宙大爆炸9亿年后就存在这样一颗中心黑洞质量如此之大、光度如此之高的类星体后感到极为兴奋。它就像遥远夜空中一盏最明亮的灯塔,其耀眼的光芒可帮助我们了解到很多以前无法了解的宇宙早期信息。”

论文合作者、北京大学博士研究生王飞格说:“这颗类星体最初是由我们使用中国云南丽江的2.4米光学望远镜发现的,它也是世界上唯一一颗利用2米口径的望远镜所发现的红移6以上的遥远类星体。我们为此感到特别自豪!”

论文合作者、美国亚利桑那大学著名华裔天文学家、北大科维理天文与天体物理研究所特聘教授樊晓晖补充说:“这一极亮类星体的发现对宇宙早期黑洞成长的理论模型提出了很强的限制,支持了在宇宙早期黑洞比星系增长得更快的观点,并为未来研究早期宇宙中黑洞和星系的形成和演化提供了一个特别的实验室。”

据了解,该研究团队将利用包括哈勃太空望远镜在内的多台国际大型天文望远镜对这一特殊的遥远类星体进行仔细的后续观测,期待揭晓更多与之相关的科学奥秘。

陈建生院士在评价这一发现时说:“中国天文学家能够用国内2米级小望远镜发现了国际上通常需要10米级望远镜才能发现的天体,说明我国天文学家富有创新思想。但因为我国没有大望远镜,所以后续的深入研究不得不依靠国外大望远镜,我国参与国际下一代30米口径巨型望远镜(TMT)的建设对今后中国天文的发展是非常必要的。”

本研究得到国家自然科学基金委、中国科学院先导B专项和科技部973等项目的支持。

Nature发表论文链接:www.nature.com/nature/journal/v518/n7540/full/nature14241.html

Nature对该论文的新闻发布网页:www.nature.com/news/young-black-hole-had-monstrous-growth-spurt-1.16989

Nature对该论文的新闻与评述文章链接:www.nature.com/nature/journal/v518/n7540/full/518490b.html

 

编辑:舍予


   
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