預測並尋找宇宙中的第一個超大質量黑洞！

在整個宇宙歷史上，大多數星系的形成和成長都是由超大質量黑洞和宿主星系一起成長所推動，這些黑洞收集物質以達到數百萬太陽質量。追蹤這些極端天體的早期階段是未來強大望遠鏡的任務之一。由埃斯帕科天體物理學研究所(IA)研究人員領導的一項研究提出了一項新的全面估計。

研究預測，在宇宙還不到當前年齡的7%的時候，在其核心存在著活躍超大質量黑洞非常年輕的星系應該是存在的，而且這些星系在未來x射線和射電望遠鏡的觀測範圍之內。

其研究發表在英國《皇家天文學會月刊》上，並於本周在SPARCS IX會議上發表，會上討論了未來平方公里陣列(SKA)射電望遠鏡的科學和技術。這些結果可能為SKA和ESA雅典娜x射線空間天文台提供最有效的觀測計劃。這兩個觀測站將被用來深入觀察本研究探索的宇宙歷史同一時期。論文的第一作者、IA和Ciencias da Universidade de Lisboa (FCUL)的Stergios Amarantidis說：由於要等到雅典娜和斯卡進入科學領域還有很長一段時間，現在是時候把他們的目標調整到最好的水平了。

例如，雅典娜過去的一份白皮書提到，超大質量黑洞的預測比我們發現的要少一個數量級。將利用調查結果為未來的調查制定初步計劃，研究結果現在可以用來改進這一策略，並準備更有效的調查。作者通過增加對射電和x射線觀測的預測，以及對更遙遠的宇宙預測，擴展了前人在可見光和x射線光譜部分所做的工作。在這種情況下，x射線是由非常熱的物質在落入黑洞時以極快的速度螺旋運動而產生，而信號星系的中心正對著地球。

原始星系團形成的計算機模擬，超大質量黑洞可能在早期宇宙中這些結構的形成中發揮了重要作用。圖片：TNG Collaboration

另一方面，射電輻射則是經常從側面觀測到的信號星系，它是由從黑洞附近噴射出的強大粒子射流產生，這些粒子與星系外的氣體相互作用。研究人員利用其他團隊開發的8個計算模型，並運用目前有關星系演化的知識，預測雅典娜將能夠在一個滿月大小的天空區域，觀測到宇宙早期非常年輕的星系核心，約2500個超大質量黑洞的x射線活動。研究結果表明，在這些早期階段，射電輻射將不那麼豐富，但像SKA這樣強大的望遠鏡仍然能夠在天空的同一區域識別出數十個這樣的輻射源。

計算模型是通過對附近宇宙中星系演化環境的觀察而發展和微調的。這項研究證明，這些模型的局限性之一是，它們無法預測已知存在於遙遠時代為數不多的、高度發光的活動星系中心。為了克服這一限制，正確理解第一個星系和超大質量黑洞是如何出現和演化的，增加模擬規模和計算資源是必要的。

這項研究證明了目前最先進的星系形成模型的預測能力，並將指導我們更好地利用正在建造的強大望遠鏡，與此同時，這也表明我們對第一批活躍星系的理解仍需改進，這將需要我們在未來幾年的所有觀測努力，早期宇宙在很大程度上仍然難以解釋。

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