在宇宙的深邃广袤中，类星体以其耀眼的光芒和神秘的身份，一直是天文学家探索的焦点。这些星系的核心，隐藏着活跃的超大质量黑洞，当黑洞吞噬周围的气体和尘埃时，会释放出难以想象的能量，使类星体成为宇宙中最璀璨的天体之一。然而，类星体如何在宇宙诞生初期就迅速达到如此巨大的规模和亮度，一直是个未解之谜。
近日，麻省理工学院（MIT）主导的一项新研究，为理解类星体的起源提供了新的线索。天文学家利用NASA的詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST），回溯了超过130亿年的时光，深入研究了五个已知的最古老类星体的宇宙环境。他们发现，这些类星体的环境竟然呈现出惊人的多样性。
一些类星体位于星系密集的区域，周围环绕着数十个星系，这与科学家们之前的预测相符。然而，另一些类星体却显得异常孤独，它们仿佛漂浮在空旷的宇宙空间中，周围只有寥寥几个星系。这些孤独的类星体对现有的物理学理论提出了严峻的挑战，因为它们周围缺乏足够的物质来供养黑洞的成长。
“我们发现，这些类星体并不总是位于宇宙早期密度最高的区域。其中一些类星体似乎位于几乎没有任何物质的地方，这让人难以理解它们是如何变得如此巨大的。”MIT物理学助理教授Anna-Christina Eilers表示。她认为，这些类星体可能并非真正孤立，而是被厚重的尘埃所掩盖，使得周围的星系无法被观测到。
为了验证这一假设，Eilers和她的团队计划调整观测方式，试图穿透这些可能存在的尘埃，以更深入地了解类星体的成长过程。他们的研究成果已发表在《天体物理学杂志》上。
这五个类星体不仅是已知最古老的类星体之一，而且它们的形成时间可以追溯到大爆炸后的6至7亿年间。驱动这些类星体的超大质量黑洞的质量是太阳的十亿倍，亮度超过了一万亿倍。JWST的高灵敏度探测器捕捉到了这些类星体跨越宇宙时间传递而来的光线，使得天文学家能够首次观察到这些类星体的环境。
研究团队分析了JWST在2022年8月至2023年6月期间拍摄的图像，通过拼接多个“马赛克”图像，绘制出了每个类星体周围环境的完整图像。他们还测量了每个类星体场中多种波长光的数据，以确定场中的天体是否来自邻近星系，以及这些星系与中心类星体的距离。
“我们惊讶地发现，这五个类星体之间的唯一差异就是它们所处环境的巨大差异。例如，一个类星体周围有近50个星系，而另一个只有两个。这两个类星体在大小、体积、亮度和宇宙时间点上都是相同的。这一发现确实让人出乎意料。”Eilers说道。
类星体场的多样性对黑洞成长和星系形成的标准模型提出了新的挑战。根据物理学家对宇宙中第一批天体如何形成的理解，暗物质的宇宙网在这一过程中发挥了关键作用。然而，这些孤独的类星体似乎位于相对空旷的区域，这意味着这些区域几乎没有暗物质和足够的起始材料来孕育恒星和星系。
“如果我们的宇宙学模型是正确的，那么这些荒芜的区域意味着几乎没有暗物质。那么，这些极其明亮和巨大的类星体又是如何诞生的呢？”Eilers提出了这一令人困惑的问题。她认为，这些类星体可能通过其他尚未发现的方式来成长。
这项研究不仅揭示了类星体环境的多样性，还为理解宇宙早期天体的形成提供了新的视角。随着JWST等先进观测设备的投入使用，天文学家将继续深入探索宇宙的奥秘，期待在未来能够解开更多关于类星体和黑洞成长的谜题。
