星空万象

虽然动力学方法在近邻星系中心黑洞质量的测量中取得了一定成果，但由于绝大部分活动星系的中心太亮，发光最强的类星体也更为遥远，因此，恒星和气体动力学方法并不适用，必须使用其他方法得到其中心黑洞的质量。

在很多赛弗特星系和类星体的光谱中存在强而宽的发射线，发射线的宽度可反映宽发射线区气体的运动速度。通过一种名为“光谱反响映射”的技术，科学家们利用望远镜从对这些天体的长期光谱监测得到的宽发射线和连续谱强度的光变曲线中得到两者的时间延迟，由此可以得到宽发射线区到中心黑洞的半径，这样就可以仿照测量近邻星系中心黑洞质量的动力学办法通过宽发射线区的半径和速度，得到活动星系核中心黑洞的质量。

来源：人民视觉

过去30多年间，包括我国科学家在内的诸多团队已通过这一方法，观测到了100多个赛弗特星系和类星体的黑洞质量。结果显示，赛弗特星系的黑洞质量一般为百万到上亿倍太阳质量，而类星体的黑洞质量一般为千万到几十亿倍太阳质量。

光谱反响映射技术因为需要占用较多的望远镜观测时间才能获得较长时间的光变数据，应用范围还很有限。不过，天文学家们通过对已有的结果总结出了规律——发射线区半径和连续谱光度之间的经验关系（R～L关系）。这样，利用对活动星系核的单次光谱观测获得连续谱光度和宽发射线宽度，再应用这一经验关系就可获得发射线区半径，就能够估算出中心黑洞质量。

这一方法已广泛应用于如美国斯隆数字巡天（SDSS）和我国郭守敬望远镜（LAMOST）光谱巡天中的类星体巡天项目。目前天文学家已发现几十万个类星体，其中，我国天文学家利用LAMOST望远镜就新发现了2万多个类星体。利用对宽发射线的测量获得了这几十万个类星体的中心黑洞质量，其质量大多分布在从千万到百亿倍太阳质量的范围内。

R～L关系也被用于通过红外波段的光谱观测估计一些最遥远类星体中心的黑洞质量。2015年北京大学领导的团队利用中国科学院云南天文台丽江2.4米望远镜发现了宇宙早期发光最亮的类星体J0100+2802，中心黑洞质量高达120亿倍太阳质量，是宇宙早期质量最大的黑洞。2021年美国亚利桑那大学领导的团队发现了类星体J0313-1806，中心黑洞质量为16亿倍太阳质量，是目前已知最古老的黑洞。

这些最遥远的超大质量黑洞的发现对现有的星系和黑洞形成理论提出了挑战，如何在宇宙早期只有几亿年的极短时间里就形成质量如此之大的黑洞，需要科学家给出新的理论解释。

研究仍在继续——2021年12月美国发射升空的韦布空间望远镜（JWST）已经开始在红外波段对最遥远的星系和类星体进行观测，有望发现宇宙早期更古老的超大质量黑洞。2024年前后，我国也将发射中国空间站巡天空间望远镜（CSST），并开展高空间分辨率的大天区面积天体成像和光谱观测。可以想见，随着观测手段的进步和观测数据的积累，我们将发现数以百万计的超大质量黑洞，从而揭示更多关于这些星系中心“超级怪兽”的奥秘。

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