Nature成果：LAMOST数据助力研究团队精确测量了早期宇宙星系中心超大黑洞的质量

近日，《自然》杂志发表了一项重要发现。由马克斯·普朗克地外物理研究所领导的国际研究团队，精确测定了一个遥远宇宙中红移为2附近的星系中心超大黑洞的质量。此黑洞的质量约为太阳质量的 3.2亿倍，与其宿主星系的恒星质量相比，此黑洞的质量低于星系-黑洞共同演化理论的预估质量，该成果对星系和其中心黑洞共同演化关系的理论提出了新的质疑。 

图1：早期宇宙中类星体的艺术想象图（ ESO / M. Kornmesser） 

在近邻宇宙中，天文学家发现星系的特性与位于其中心的超大质量黑洞之间存在紧密的联系，这表明宿主星系和其中心黑洞是共同演化的；但在宇宙早期，宿主星系与其中心黑洞的关系也是这样吗？这一关系在宇宙演化历史长河中一直保持不变吗？要想探究这些问题，研究红移1～3（对应宇宙年龄20～60亿年）区间的星系及其中心黑洞的共同演化关系十分重要，这也是恒星形成和黑洞生长最快速的阶段。 

研究人员从百万类星体星表（the Million Quasar Catalog）中挑选红移为1～3的类星体开展此项研究，其中LAMOST发现的类星体J0910（z=2.3，出自于Yao et al.,2019,ApJS）K波段星等为15.1，其附近有一颗K星等为10.4等的恒星，非常适合对其开展高分辨率光谱干涉测量研究其中心超大质量黑洞。 

天文学家可以通过观测黑洞周围气体和恒星的运动来测定黑洞的质量，质量越大，其周围气体和恒星运动得越快。这一方法对于测量近距离黑洞质量十分有效；然而，对于非常遥远的黑洞，观测其周围气体和恒星的运动却是极其困难、甚至是不可能的。利用欧洲南方天文台的甚大望远镜干涉仪（VLTI）的GRAVITY+ 仪器对J0920进行光谱干涉观测，研究人员精确测定出其中心黑洞的质量约为太阳质量的 3.2 亿倍。根据已有的规律，与其宿主星系的质量（约6000亿个太阳质量）相比，这个黑洞的质量比预期的明显偏小，表明宿主星系比其中心黑洞生长地更快，黑洞的生长比起宿主星系有所延迟。 

这一发现对传统的认知提出了挑战。一种可能的解释是，超强的超新星爆发使得气体无法落入星系中心的黑洞，导致黑洞无法持续快速生长，直到星系的质量增长到足够大，其引力能束缚住超新星爆发喷出的气体，中心黑洞才能恢复快速生长。为了确定这种情况是否也是其他星系及其中心黑洞共同演化的主导模式，研究人员将需要对早期宇宙中的黑洞进行更高精度的质量测量。