利用2.4米望远镜发现宇宙早期黑洞质量最大的超亮类星体.PDF

利用2.4 米望远镜发现宇宙早期黑洞质量最大的超亮类星体 发现遥远宇宙中的明亮天体对了解早期宇宙的结构极为重要。类 星体作为以黑洞吸积释放巨大能量的天体，自发现以来一直是天体物 理中的研究热点。位于宇宙早期的高红移类星体是研究早期宇宙的重 要探针。搜寻明亮的高红移类星体并研究其物理性质, 以及利用其研 究宇宙早期的黑洞增长以及星系的演化,在当代天体物理研究中具有 重要的科学意义。 北京大学吴学兵团队近年来发展了全新的基于国外光学和红外 测光巡天数据的类星体选源方法, 并在此基础上提出了选取高红移 类星体候选体的判据。自2012 年起，该团队率先利用国内2 米级光 学望远镜对精心挑选出的高红移类星体候选体进行光谱观测，搜寻明 亮的高红移类星体。该项目是利用国内2 米级望远镜开展的唯一一项 高红移类星体观测研究，几年来不断地刷新利用我国望远镜发现最远 天体的纪录。 图1: 中国科学院云南天文台丽江2.4 米望远镜首先观测的类星体J0100+2802 的光谱和美国 MMT 、LBT 望远镜拍的后续观测光谱（横轴为波长，纵轴为强度；上面两光谱向上有移动） 以及与以前最亮高红移类星体J1148+5251 的比较。 利用中国科学院云南天文台丽江2.4 米望远镜的光谱观测，吴学 兵团队发现了几十个红移5 以上的类星体，其中包括一个红移为6.3、 发光本领为430 万亿倍太阳光度的类星体。利用国外望远镜的后续观 测进一步发现该天体中心存在质量为 120 亿太阳质量的黑洞,使得它 成为迄今所发现的宇宙早期发光最亮、中心黑洞质量最大的天体。它 也是世界上第一个利用2 米级光学望远镜发现的红移6 以上的类星体。 这一发现证实在宇宙大爆炸后 9 亿年的宇宙早期就已形成了中心具 有120 亿太阳质量黑洞、发光本领为430 万亿倍太阳光度的极亮类星 体。这一类星体中心黑洞质量之大、发光本领之强都远超以往发现的 高红移类星体，使之成为宇宙早期发光最亮、中心黑洞质量最大的天 体。这一极亮天体的发现为研究遥远宇宙的结构提供了难得的机遇, 同时它拥有的宇宙早期最大质量黑洞对现有黑洞的形成与增长理论 以及星系的演化理论提出了挑战, 引起了国内外广泛关注。如何在宇 宙大爆炸后不到9 亿年的短时间里形成具有120 亿太阳质量黑洞的极 亮类星体，已成为当前和未来几年天文学领域的热门研究课题之一。 图2：该团队发现的类星体J0100+2802 是已知高红移类星体中黑洞质量和发光强度最大的 （背景图片是丽江2.4 米望远镜圆顶及其天空，由中国科学院云南天文台提供。） 研究论文作为4 篇封面推荐论文之一发表于2015 年2 月26 日的 《Nature》杂志。《Nature》特为此作了题为“年轻黑洞井喷式的快速 成长” 的新闻发布，并邀请德国马普天文研究所专家在同期杂志的新 闻与述评中撰写题为“年轻宇宙里的巨兽”专文介绍了这一发现。国内 外数百家新闻媒体，包括美国有线电视新闻网(CNN) 、华盛顿邮报、 时代周刊、发现频道、科学美国人、英国路透社和卫报、德国明镜周 刊、中国中央电视台、新华社、人民日报、光明日报等，都把该发现 作为重要新闻进行了报导。该成果入选2015 年度中国科学十大进展、 中国高等学校十大科技进展，入选美国Discover 杂志评出的2015 年 100 个顶级科学事件。论文入选英国Altmetric 网站评出的2015 年最 受媒体和公众关注的100 篇科学论文，也被ESI 列为热点论文和高被 引论文。 发表论文： Wu, Xue-Bing; Wang, Feige; Fan, Xiaohui; et al., “An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30”, 2015, Nature, 518, 512 Nature 发表论文链接： /nature/journal/v518/n7540/full/nature14241.html Nature 对该论文的新闻发布网页： /news/young-black-hole-had-monstrous-growth-spurt-1.16989 Nature 对该论文的新闻与述评文章链接： /nature/journal/v518/n7540/full/518490b.html 科技部发布２０１５年度中国科学十