天文学家在距离地球超过125亿光年的单一星系中发现了三个正在活跃进食的超大质量黑洞。这一发现是由一个国际研究团队完成的，该团队由马克斯·普朗克外星物理研究所（MPE）领导，提供了一个关于巨大黑洞如何在宇宙早期阶段增长和相互作用的难得一瞥。这些黑洞位于一个名为J0148-4214的星系中。所有三个黑洞都在积极积累物质，这些物质通过周围的气体和其他物质的盘旋向它们靠拢。由于这个星系如此遥远，其光在到达地球之前大约已穿越太空约125亿年。这意味着天文学家观察到的是在大爆炸后仅12亿年时的状态。在如此遥远的距离下，宇宙的膨胀使光被拉伸到更长、更红的波长。天文学家通过一种称为红移的属性来测量这一效应。对于J0148-4214，研究人员测得红移为z=5.02，从而确定了其惊人的距离。一个古老星系中的三个黑洞 “这是远古宇宙中单一星系中三个位于活跃状态的黑洞的首次证据，” MPE的研究小组负责人和该研究的主作者汉娜·于布勒（Hannah Übler）说。两个黑洞位于星系中心附近，相隔仅620光年。第三个黑洞则远得多，距离中心约5500光年。这个发现提供了有关如何在年轻宇宙中形成巨型黑洞的重要证据。“这表明早期宇宙中的过程有效地使巨型黑洞聚集，为我们期望在未来的引力波天文台中探测到的巨型黑洞合并奠定了基础，” 于布勒说。天文学家认为，星系碰撞和合并在宇宙的早期历史中是普遍存在的。当星系合并时，它们的中心黑洞也可能更靠近并最终合并。这样的合并将在新形成星系的中心产生越来越大的黑洞，可能有助于解释一些黑洞在大爆炸后如此短时间内如何增长到巨大的尺寸。 天文学家如何检测到隐藏的黑洞 研究人员通过检视氢气发出的光的独特模式来识别这三个黑洞。在黑洞附近，强大的引力会引起气体以极高的速度运动。这些运动在光谱中留有可识别的特征，使得即使物体本身无法直接看到，天文学家仍然能够检测到黑洞活动。在J0148-4214的中心，团队发现了一种特别复杂的氢发射模式。最好的解释是存在两个空间非常接近的黑洞，而不是单一的源。为了区分它们，科学家们使用了一种称为光谱天体测量的精确测量技术。通过追踪星系中光谱发射位置的微妙变化，他们能够识别出两个中心黑洞的位置，尽管望远镜无法将它们分辨为两个独立的光点。观察结果还揭示了星系外部区域的第三个活跃黑洞。 三个质量差异显著的黑洞 这三个黑洞在大小上差异显著。根据研究人员的计算，它们的质量分别约为8000万、60万和200万倍太阳的质量。令人惊讶的是，最大的黑洞并不是进食最积极的那个。其较小的邻居，质量大约为60万太阳，正在以更高的速率积累物质。事实上，它的进食速率超过了基本模型所预测的最大值（爱丁顿极限）。这种异常快速的增长可能为一些黑洞在早期宇宙中相对短的时间内如何变得极其巨大提供了线索。“JWST的数据不仅让我们识别出这三个黑洞，还估算了它们的质量、吸积率以及星系的恒星质量，”该研究的第二作者、MPE的研究员乔瓦尼·马佐拉里（Giovanni Mazzolari）表示。“我们发现总恒星质量约为13亿太阳，而黑洞占据了相当大的一部分。” 一个古老黑洞合并的形成过程 预计星系中心附近的两个黑洞将在接下来的几亿年内合并。它们的最终碰撞可能有助于产生一个更大的黑洞，展现出一个可能对宇宙最早的宇宙巨人增长至关重要的过程。“这些结果非常令人兴奋，” 剑桥大学的教授，研究的共同作者罗伯托·迈奥利诺（Roberto Maiolino）补充道。“这表明黑洞合并可能是它们在早期宇宙中快速增长的额外快速途径。