揭示GN-z11的秘密

星系GN-z11，是一个距离我们极度遥远的星系。在我们138亿岁的宇宙只有4.3亿岁时，它就已经存在了。这个古老而遥远的星系，最初是由哈勃空间望远镜观测到的，它有着匪夷所思的极高亮度。现在，天文学家正通过使用韦布空间望远镜（JWST），逐步揭露GN-z11的秘密。

迄今为止发现的最遥远的黑洞

在一篇于1月17日发表在《自然》杂志的研究中，一个由剑桥大学的天体物理学教授Roberto Maiolino领导的国际研究团队利用JWST所捕捉的数据，首次明确地证明了在GN-z11星系中心，存在一个正在快速吸积物质的超大质量黑洞。这是迄今为止已知的最远的活跃超大质量黑洞。

这张由JWST的NIRCam（近红外相机）捕捉到的图像，显示了大型天文台起源深空巡天（GOODS）-北天场的一部分。右下角的突出标注显示了GN-z11星系。（图/NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)）

利用JWST的观测数据，研究人员发现了常出现在正在吸积物质的超大质量黑洞附近的极度稠密的气体，这是表明GN-z11存在一个吞噬物质的黑洞的第一个明确迹象。

此外，研究人员还发现了电离化学元素的痕迹，这也是存在于正在吸积的超大质量黑洞附近的典型特征。不仅如此，他们还发现有一股非常强大的风被星系排出，这种高速风通常是由与剧烈吸积的超大质量黑洞相关的过程所驱动的。

所有的这些证据都表明，GN-z11拥有一个质量约为太阳质量的200万倍的超大质量黑洞，而它之所以如此明亮，是因为它正处在非常活跃的消耗物质的阶段。

GN-z11晕中的原始气体团

现在，由Maiolino领导的另一个研究团队利用JWST的NIRSpec（近红外光谱仪），在GN-z11周围的晕中发现了气态氦团。这一研究结果即将发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

理论和模拟预测表明，在这一古老时期的大质量星系附近，应该有一些原始气体存在于晕中，这些气体可能会坍塌并形成星族Ⅲ星团。

星族Ⅲ是指几乎完全由氢和氦构成的第一代恒星。第一批恒星和星系的形成标志着宇宙历史上的一个根本转变，在此期间，宇宙从一个黑暗和相对简单的状态，演变成我们今天看到的高度结构化的复杂环境。寻找从未见过的星族Ⅲ是现代天体物理学最重要的目标之一。

这张由两部分组成的图片显示了在环绕GN-z11星系的晕中存在气态氦团的证据。在图片的右上方的小框中，显示的是星系GN-z11。中间的方框显示了GN-z11的放大图。最左边的方框显示了GN-z11晕中的氦气分布。在图片的下半部分的光谱显示了晕中氦的独特迹象。整个光谱中没有显示出有其他元素存在的证据，因此表明氦团一定是非常原始的。（图/NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)）

按照理论预测，这些恒星非常巨大、非常明亮、非常热。天文学家预测，它们应该存在电离氦，但没有比氦重的化学元素。在这一部分研究中，研究人员观测到了与理论和模拟预测一致的结果：除了氦气之外，他们没有发现其他东西，这表明这个气态氦团非常原始，它们是由大爆炸遗留下来的氢气和氦气组成，没有受到恒星产生的重元素的污染。

研究人员计划，在JWST的未来观测中，他们将更深入地探索GN-z11，并希望能进一步证实有星族III恒星在GN-z11的晕中形成。

#创作团队：

编译：不二北斗

排版：雯雯

#参考来源：

https://science.nasa.gov/missions/webb/webb-unlocks-secrets-of-one-of-the-most-distant-galaxies-ever-seen/

#图片来源：

封面图&首图：NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)