詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）利用透镜星系MRG-M013来测量一颗遥远的超大质量黑洞的质量。（图片来源：NASA/JWST）利用詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST），天文学家成功“称量”了一颗沉睡的巨型超大质量黑洞，这颗黑洞位于离我们惊人的100亿光年远的地方。这使得这颗黑洞成为科学家所测量的最遥远的超大质量黑洞。这颗超大质量黑洞位于星系MRG-M0138的中心，在这个星系中，我们看到的时宇宙大约存在400亿年的样子 — 多亏了詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST），我们现在知道它的质量惊人地是太阳质量的60亿倍。超大质量黑洞在进食时可以非常显眼，因此通常被大量物质包围，这个区域被称为活动星系核（AGN）。由于黑洞巨大的引力作用，活动星系核可以发出非常明亮的光。然而，由于黑洞被一个叫做事件视界的光捕获边界包围，处于休眠状态、存货不算丰富的黑洞则更加难以捉摸。它们几乎是不可见的。尽管如此，即使是这些黑洞的引力也可以影响不仅仅是旋转的气体和尘埃盘 — 这种影响也可能影响围绕黑洞旋转的恒星运动。而这些恒星实际上是可见的。为了探测和测量这个超大质量黑洞的质量，这项研究团队利用JWST跟踪了MRG-M0138核心的恒星运动。这种追踪恒星的技巧曾用来称量离地球近得多的休眠黑洞 — 例如，我们自己银河系中心的430万太阳质量的超大质量黑洞，人马座A*（Sgr A*）。然而，人马座A*及其周围的恒星距离我们仅26,000光年，而利用这种称为恒星动力学的技术，之前所称量的最遥远黑洞仅位于7亿光年之外。这项新研究的距离约为之前记录的15倍，这是首次成功应用于测量如此遥远的沉睡巨人。该研究团队负责人、伦敦大学学院的科学家理查德·埃利斯在一份声明中说：“确定恒星在这个遥远星系核心中的集体运动，使我们能够测量到这颗原本不可探测的超大质量黑洞的质量。”“通过证明这种技术在早期宇宙星系中的可行性，我们现在能够进行更全面的调查，以了解黑洞如何随时间发展，以及推断它们在塑造星系演化中的作用。”然而，确定MRG-M0138核心恒星的运动并非易事。这需要利用阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论大作《广义相对论》中的一种自然宇宙现象，称为引力透镜效应。什么是引力透镜？广义相对论预测，具有质量的物体在时空的结构中会产生实际的曲率，时空是三维空间和一维时间的四维统一体。引力源于这种曲率，因为质量越大，曲率越大，因此物体的质量越大，引力就越强。当一个大型物体如星系或星系团位于更遥远的背景物体与地球之间时，就会发生引力透镜。当背景源的光经过由大型前景物体或引力透镜所造成的时空曲率时，其通常是直线的路径会变得弯曲。光越靠近引力透镜经过，其路径偏转得越多，这意味着来自同一物体的光到达我们的望远镜的时间不同。这可以放大物体，在极端情况下，可以使同一物体在同一图像中多次出现在不同的位置。这张图表显示了在普通星系周围引力透镜效应是如何聚焦来自非常遥远的星系合并的光，以创造出扭曲但更明亮的视图。（图片来源：ESA/ESO/M. Kornmesser）MRG-M0138与地球之间的星系引力透镜效应重新聚焦了来自那个遥远星系的光，将其放大了30倍，使埃利斯及其同事能够精细重建MRG-M0138的内在细节。加州帕萨迪纳的卡内基科学研究所的安德鲁·纽曼说：“通过将JWST数据与引力透镜结合，我们能够洞察黑洞的引力影响的范围，在那里它的引力提高了恒星的速度。”“这是我们称量黑洞的最佳技术之一，因此我们很兴奋能够将其扩展到宇宙历史的更早时期。”利用JWST称量距离我们100亿光年的超大质量黑洞，该黑洞的质量被确定为60亿太阳质量。（图片来源：NASA/JWST）除了投资...（内容未完）