专家解析：#詹姆斯韦伯太空望远镜# 如何开启对原始黑洞的探索？
韦伯太空望远镜团队正在继续进行科学仪器的调试工作，这是夏季开始科学运作前的最后一步。我们最近看到了事件地平线望远镜拍摄的银河系中心的黑洞的壮观图像。现代天文学的谜题之一是，每个大星系都有一个巨大的中心黑洞，而其中一些黑洞甚至在宇宙的早期就已经大得令人吃惊。
韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）仪器科学小组的成员Roberto Maiolino为我们解答了韦伯望远镜将将如何帮助回答这些问题：
"韦伯即将开启的最激动人心的发现领域之一是寻找早期宇宙中的原始黑洞。这些是天文学家在星系核中发现的质量更大的黑洞的种子。大多数（可能是所有）星系的中心都有黑洞，其质量是我们太阳质量的数百万到数十亿倍。这些超大质量黑洞通过吞噬它们周围的物质，以及通过合并较小的黑洞而变得如此巨大。
最近一个有趣的发现是发现了超大质量黑洞，其质量为几十亿个太阳质量，在宇宙只有大约7亿年的时候就已经存在了，只是目前138亿年年龄的一小部分。这是一个令人费解的结果，因为根据标准理论，在这样的早期时代，没有足够的时间来生长这种超大质量的黑洞。有人提出了一些方案来解决这个难题。
一种可能性是，由早期宇宙中第一代恒星死亡而产生的黑洞，以特别高的速度吸纳了物质。另一种情况是，原始的的气体云尚未被比氦更重的化学元素所富集，可以直接坍缩形成一个质量为几十万太阳质量的黑洞，随后增殖物质，演变成后来时代观察到的超大质量黑洞。最后，婴儿星系中心密集的核子星团可能通过恒星碰撞或恒星质量黑洞的合并产生了中等质量的黑洞种子，然后通过吸积作用变得更加巨大。"
来自剑桥大学的示意图显示了早期宇宙中已知的黑洞（大黑点）和候选的黑洞祖先（阴影区域）的种群。
剑桥大学实验天体物理学教授、卡夫里宇宙学研究所所长罗伯托-马约利诺：
"韦伯即将在这个领域打开一个全新的发现空间。有可能第一个黑洞种子最初形成于'婴儿宇宙'，在大爆炸后短短几百万年内。韦伯是了解这些原始物体的完美'时间机器'。它卓越的灵敏度使韦伯能够探测到极其遥远的星系，而且由于星系发出的光传到我们这里需要时间，我们将看到它们在遥远过去的样子。
韦伯的NIRSpec仪器特别适合识别原始黑洞的种子。我和NIRSpec仪器科学小组的同事将在'活跃'阶段寻找它们的特征，那时它们正在贪婪地吞噬物质并迅速成长。在这些阶段，它们周围的物质变得非常热且发出光芒，并使其周围和其宿主星系中的原子电离。
NIRSpec将把来自这些系统的光分散成光谱，或'彩虹'。活跃的黑洞种子的彩虹将被特定的'指纹'所描述，即高度电离原子的特征。NIRSpec还将测量在这些原始黑洞附近运行的气体的速度。较小的黑洞将以较低的轨道速度为特征。在原始云中形成的黑洞种子将通过没有与任何比氦气更重的元素相关的特征来识别。
我期待着利用韦伯前所未有的能力来搜索这些黑洞原生体，最终目的是了解它们的性质和起源。早期宇宙和黑洞种子领域是一个完全未知的领域，我和我的同事们非常兴奋地用韦伯来探索。"
韦伯太空望远镜团队正在继续进行科学仪器的调试工作，这是夏季开始科学运作前的最后一步。我们最近看到了事件地平线望远镜拍摄的银河系中心的黑洞的壮观图像。现代天文学的谜题之一是，每个大星系都有一个巨大的中心黑洞，而其中一些黑洞甚至在宇宙的早期就已经大得令人吃惊。
韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）仪器科学小组的成员Roberto Maiolino为我们解答了韦伯望远镜将将如何帮助回答这些问题：
"韦伯即将开启的最激动人心的发现领域之一是寻找早期宇宙中的原始黑洞。这些是天文学家在星系核中发现的质量更大的黑洞的种子。大多数（可能是所有）星系的中心都有黑洞，其质量是我们太阳质量的数百万到数十亿倍。这些超大质量黑洞通过吞噬它们周围的物质，以及通过合并较小的黑洞而变得如此巨大。
最近一个有趣的发现是发现了超大质量黑洞，其质量为几十亿个太阳质量，在宇宙只有大约7亿年的时候就已经存在了，只是目前138亿年年龄的一小部分。这是一个令人费解的结果，因为根据标准理论，在这样的早期时代，没有足够的时间来生长这种超大质量的黑洞。有人提出了一些方案来解决这个难题。
一种可能性是，由早期宇宙中第一代恒星死亡而产生的黑洞，以特别高的速度吸纳了物质。另一种情况是，原始的的气体云尚未被比氦更重的化学元素所富集，可以直接坍缩形成一个质量为几十万太阳质量的黑洞，随后增殖物质，演变成后来时代观察到的超大质量黑洞。最后，婴儿星系中心密集的核子星团可能通过恒星碰撞或恒星质量黑洞的合并产生了中等质量的黑洞种子，然后通过吸积作用变得更加巨大。"
来自剑桥大学的示意图显示了早期宇宙中已知的黑洞（大黑点）和候选的黑洞祖先（阴影区域）的种群。
剑桥大学实验天体物理学教授、卡夫里宇宙学研究所所长罗伯托-马约利诺：
"韦伯即将在这个领域打开一个全新的发现空间。有可能第一个黑洞种子最初形成于'婴儿宇宙'，在大爆炸后短短几百万年内。韦伯是了解这些原始物体的完美'时间机器'。它卓越的灵敏度使韦伯能够探测到极其遥远的星系，而且由于星系发出的光传到我们这里需要时间，我们将看到它们在遥远过去的样子。
韦伯的NIRSpec仪器特别适合识别原始黑洞的种子。我和NIRSpec仪器科学小组的同事将在'活跃'阶段寻找它们的特征，那时它们正在贪婪地吞噬物质并迅速成长。在这些阶段，它们周围的物质变得非常热且发出光芒，并使其周围和其宿主星系中的原子电离。
NIRSpec将把来自这些系统的光分散成光谱，或'彩虹'。活跃的黑洞种子的彩虹将被特定的'指纹'所描述，即高度电离原子的特征。NIRSpec还将测量在这些原始黑洞附近运行的气体的速度。较小的黑洞将以较低的轨道速度为特征。在原始云中形成的黑洞种子将通过没有与任何比氦气更重的元素相关的特征来识别。
我期待着利用韦伯前所未有的能力来搜索这些黑洞原生体，最终目的是了解它们的性质和起源。早期宇宙和黑洞种子领域是一个完全未知的领域，我和我的同事们非常兴奋地用韦伯来探索。"
#益起为爱[超话]#
读书笔记 112
有关宇宙学的知识，了解与否好像对我们的日常生活没什么实质影响，而对相信神创世的群体来说还可能是种冒犯。但为什么从小朋友到老人家，从兴趣爱好到事业领域，有那么多人对宇宙学好奇、热爱、执着深耕呢？宇宙大爆炸之前的样子，宇宙大爆炸最初的3分46秒，宇宙终结前的3分钟… …对存在于无垠之中的渺小人类有何意义呢？
对于上述问题的答案，我从《把宇宙作为方法》一书中获得了启发，在这本书里得到了进一步印证。这是一本非常“迷人”的科普读物，我以宇宙爱好者的身份跟随作者了解相关科学进展，但不会跟着作者在有争议的问题上选择站队。作为尊重但不信仰宗教的人，我欣赏其中教人自修、向善的理念；作为理科学渣，我欣赏探索一切未知的科学使命、勇于试错的科学精神和反复实验的科学方法；作为教育工作者，拥有同理心和好奇心、保持理性与谦卑、不断进步，是必备素养，但这些并非能简单地从行业内获得，而是需要从各个领域里汲取养分。
学点宇宙学，拥有宇宙观，对保持谦卑有促进，对解决生活工作中的难题有启发，对自身发展与内心宇宙的探索有裨益。
读书笔记 112
有关宇宙学的知识，了解与否好像对我们的日常生活没什么实质影响，而对相信神创世的群体来说还可能是种冒犯。但为什么从小朋友到老人家，从兴趣爱好到事业领域，有那么多人对宇宙学好奇、热爱、执着深耕呢？宇宙大爆炸之前的样子，宇宙大爆炸最初的3分46秒，宇宙终结前的3分钟… …对存在于无垠之中的渺小人类有何意义呢？
对于上述问题的答案，我从《把宇宙作为方法》一书中获得了启发，在这本书里得到了进一步印证。这是一本非常“迷人”的科普读物，我以宇宙爱好者的身份跟随作者了解相关科学进展，但不会跟着作者在有争议的问题上选择站队。作为尊重但不信仰宗教的人，我欣赏其中教人自修、向善的理念；作为理科学渣，我欣赏探索一切未知的科学使命、勇于试错的科学精神和反复实验的科学方法；作为教育工作者，拥有同理心和好奇心、保持理性与谦卑、不断进步，是必备素养，但这些并非能简单地从行业内获得，而是需要从各个领域里汲取养分。
学点宇宙学，拥有宇宙观，对保持谦卑有促进，对解决生活工作中的难题有启发，对自身发展与内心宇宙的探索有裨益。
宇宙是什么？
现代天文学认为，宇宙是所有时间、空间、物质的总和，是我们这个物质世界的整体，是物理学和天文学的最大研究对象。解释宇自的科学方法和理论构成了具有现代意义的宇宙学。时至今日，宇宙学已经成为了一门精确科学。古代对宇宙的定义，有西汉的《淮南子》：“往古来今谓之宙，四方
上下谓之宇〞。通过宇宙微波背景辐射的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年，但宇宙的直径显然要大于这个数值，最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年，甚至更大。人类所观察到的部分宇宙的物件大约是由4.9%的普通物质（构成恒星、行星
气体和尘埃的物质）或"重子”26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。重子物质构成星系际的"蛛网"。在宇宙中，地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球
现代天文学认为，宇宙是所有时间、空间、物质的总和，是我们这个物质世界的整体，是物理学和天文学的最大研究对象。解释宇自的科学方法和理论构成了具有现代意义的宇宙学。时至今日，宇宙学已经成为了一门精确科学。古代对宇宙的定义，有西汉的《淮南子》：“往古来今谓之宙，四方
上下谓之宇〞。通过宇宙微波背景辐射的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年，但宇宙的直径显然要大于这个数值，最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年，甚至更大。人类所观察到的部分宇宙的物件大约是由4.9%的普通物质（构成恒星、行星
气体和尘埃的物质）或"重子”26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。重子物质构成星系际的"蛛网"。在宇宙中，地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球
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