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堪薩斯大學使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對宇宙帶進行的一項研究發現，活動星系核（AGN）——尺寸迅速膨脹的超大質量黑洞——比許多天文學家之前認為的要少見。
使用中紅外儀器得出的結論（美里） JWST，表明我們的宇宙可能比之前想像的更穩定。 這項工作還深入了解了微弱星系的觀測、它們的特性以及檢測活動星系核的困難。
這項工作由加州大學洛杉磯分校物理學和天文學副教授艾莉森·柯克帕特里克（Allison Kirkpatrick）領導，重點研究了位於大熊星座和博伊圖斯星座之間的一個長期研究的空間區域，稱為“擴展石窟帶”。 但之前該領域的研究依賴於性能較弱的一代太空望遠鏡。
“我們的觀測是在去年六月和十二月進行的，我們的目的是描繪宇宙中恆星形成高峰期星系的樣子，”柯克帕特里克說。 “這是對 7-10 億年前過去的回顧。 我們使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的中紅外儀器來觀察 10 億年前存在的星系中的塵埃，這些塵埃可以隱藏正在進行的恆星形成，也可以隱藏不斷增長的超大質量黑洞。 因此，我進行了第一項研究，以尋找這些星系中心隱藏的超大質量黑洞。”
雖然每個星系的中心都有一個超大質量黑洞，但活動星系核是更壯觀的激波，它主動吸入氣體並表現出典型黑洞所缺乏的亮度。
柯克帕特里克和許多其他天體物理學家預計，更高分辨率的 JWST 巡天將比之前的斯皮策太空望遠鏡巡天揭示更多的活動星系核。 然而，即使 MIRI 的功率和靈敏度有所提高，新研究中也幾乎沒有發現額外的 AGN。
“結果並不完全符合我的預期，這給我帶來了第一個巨大的驚喜，”柯克帕特里克說。 “重要的發現之一是缺乏快速增長的超大質量黑洞。 這一結論引發了有關這些物體位置的疑問。 事實證明，這些黑洞的生長速度可能比之前想像的要慢，這很有趣，因為我一直在研究的星系類似於我們過去的銀河系。 此前，斯皮策望遠鏡的觀測使我們只能研究最亮、質量最大的星系，這些星系具有快速吸積的超大質量黑洞，使它們很容易被探測到。”
柯克帕特里克說，天文學中的一個重要難題是了解典型的超大質量黑洞（例如在銀河係等星系中發現的黑洞）如何生長並影響其宿主星系。
“研究結果表明，這些黑洞不會快速增長，吸收的物質有限，可能不會對其星系產生重大影響，”她說。 “這一發現為黑洞的生長開闢了一個全新的視角，因為我們目前的理解很大程度上是基於最大星系中質量最大的黑洞對其宿主產生重大影響，但這些星系中較小的黑洞對它們的宿主產生了重大影響。可能不會。”
柯克帕特里克說：“使用 JWST，我們可以識別比以前小得多的星系，包括銀河系大小甚至更小的星系，這在以前在如此紅移（宇宙距離）下是不可能的。” “通常來說，由於恆星形成速度很快，最大質量的星系會產生大量塵埃。 我認為質量較低的星係也會含有大量的塵埃，但這並沒有發生，這與我的預期相反，是另一個神秘的發現。”
柯克帕特里克表示，這項工作正在改變我們思考星系如何生長的方式，尤其是在銀河系。
“我們的黑洞似乎相當單調，沒有表現出太多的活動，”她說。 “關於銀河系的一個大問題是它是否曾經活躍過，或者它是否經歷過活動星系核階段。 如果大多數像我們這樣的星系沒有可檢測到的活動星系核，這可能意味著我們的黑洞在過去從未如此活躍過。 最終，這些知識將有助於限制和測量黑洞的質量，揭示黑洞生長的起源，這仍然是一個懸而未決的問題。”
最近，柯克帕特里克 (Kirkpatrick) 獲得了 JWST 的大量額外時間，利用 MIRI 對擴展石窟帶油田進行更大規模的研究。 她目前的工作包括大約 400 個星系。 她即將進行的調查（MEGA：MIRI EGS 星系和 AGN 調查）將包括約 5,000 個星系。 工作計劃於 2024 年 月進行。
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