深入观察空间和时间，两个团队使用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜研究了异常明亮的星系GN-z11，该星系在我们138亿岁的宇宙只有大约4.3亿年的时候就已经存在。

韦伯解开原始星系的秘密

詹姆斯·韦伯太空望远镜兑现了改变我们对早期宇宙理解的承诺，正在探索黎明前的星系。其中之一是异常明亮的星系GN-z11，它存在的时候宇宙还只是当前年龄的一小部分。它最初是由美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜探测到的，是迄今为止观测到的最年轻、最遥远的星系之一，也是最神秘的星系之一。为什么这么亮?韦伯似乎找到了答案。

与韦伯一起研究GN-z11的团队发现了第一个明确的证据，表明该星系的中央存在一个正在快速吸积物质的超大质量黑洞。他们的发现使其成为迄今为止发现的最遥远的活跃超大质量黑洞。

英国剑桥大学卡文迪什实验室和卡维里宇宙学研究所的首席研究员罗伯托·麦奥利诺解释说：“我们发现了在吸积气体的超大质量黑洞附近常见的密度极高的气体。”“这是第一个明确的迹象，表明GN-z11拥有一个正在吞噬物质的黑洞。”

利用韦伯，研究小组还发现了通常在吸积超大质量黑洞附近观察到的电离化学元素的迹象。此外，他们发现银河系正在喷出一股非常强大的风。这种高速风通常是由与超大质量黑洞剧烈吸积相关的过程驱动的。

“韦伯的NIRCam(近红外相机)揭示了一个追踪宿主星系的扩展组件，以及一个中央紧凑源，其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致，”研究员汉娜·乌伯勒(HannahÜbler)说，她也是该研究中心的研究员。卡文迪什实验室和卡维利研究所。

总之，这些证据表明GN-z11拥有一个200万太阳质量的超大质量黑洞，处于一个非常活跃的物质消耗阶段，这就是它如此发光的原因。

同样由​​Maiolino领导的第二个团队使用韦伯的NIRSpec(近红外光谱仪)在GN-z11周围的光环中发现了氦气团。

罗伯托说：“事实上，除了氦气之外，我们没有看到任何其他东西，这表明这个团块一定是相当原始的。”“这是理论和模拟所预期的，在这些时代的特别巨大的星系附近，应该有少量的原始气体残留在光环中，这些气体可能会坍缩并形成第三族星团。”

寻找迄今为止看不见的第三族恒星——几乎完全由氢和氦形成的第一代恒星——是现代天体物理学最重要的目标之一。这些恒星预计质量非常大、非常明亮并且非常热。它们的特征是存在电离氦并且不存在比氦重的化学元素。

第一批恒星和星系的形成标志着宇宙历史的根本转变，在此期间，宇宙从黑暗且相对简单的状态演变成我们今天看到的高度结构化和复杂的环境。

在未来的韦伯观测中，罗伯托、汉娜和他们的团队将更深入地探索GN-z11，他们希望加强其光环中可能形成的第三族恒星的证据。

关于GN-z11光环中原始气体团块的研究已被《天文学与天体物理学》接受发表，目前可在arXiv预印本服务器上获取。GN-z11黑洞的研究结果于2024年1月17日发表在《自然》杂志上。