使用詹姆斯·韦伯太空望远镜，天文学家首次观察到了围绕宇宙中最大、最亮和最古老的黑洞周围的古老恒星的光。

类星体（Quasar）是一种非常遥远且极其亮的天体，它们是宇宙中最亮的持续光源之一。类星体的亮度主要来自于它们中心的超大质量黑洞。这些黑洞虽然体积很小，但质量巨大，可以达到太阳质量的数百万甚至数十亿倍。为啥类星体的亮度来源于黑洞?黑洞不是吸收光线而不发出么？

你可以想象一下，当类星体周围的尘埃和气体被它里面的黑洞强大引力吸引，开始向黑洞中心快速移动时，这个过程会产生巨大的能量，这就让类星体发出极其强烈的光芒。这种光芒的亮度是如此之高，它比我们所在的整个银河系还要亮上一千倍。

但是，正因为类星体这么亮，它发出的光会淹没掉它所在星系中其他恒星相对较弱的光。这就像是在探照灯旁边点一根蜡烛，你很难看到蜡烛的小火苗一样。因此，天文学家在观察类星体的时候，很难看清楚类星体所在的星系具体长什么样子，也就是说，很难确定这个星系的形状和它到底有多重。

但首次，麻省理工学院的研究人员设法解开了这些信号的混合，并检测到了来自宇宙中一些最古老类星体周围的星系中恒星的微弱星光。他们于5月6日在《天体物理学杂志》上发表的结果揭示了，相对于它们的宿主星系，这些古老的超大质量黑洞大约是邻近宇宙中同类黑洞的100倍大。

这些结果之所以可能，得益于JWST的卓越清晰度和分辨率。在超过120小时的望远镜观测时间里，团队观察了六个类星体，所有这些类星体都估计大约有130亿年的历史——是宇宙中最古老的物体之一。

“类星体比它的宿主星系亮好几个数量级，”领导这项研究的麻省理工学院博士后学者岳明浩在一份声明中说。“以前的图像清晰度不够，无法区分包含所有恒星的宿主星系看起来是什么样子。”

利用韦伯太空望远镜改进的数据，团队通过建模哪些光似乎来自点源（类星体），哪些光似乎来自更分散的源（周围的恒星），设法解开了这些古老星系中的信号。掌握了相对亮度后，团队随后估算了每个类星体及其宿主星系的质量。

他们计算出类星体与星系的平均质量比为1:10，而邻近宇宙中年轻的超大质量黑洞为1:1000。但为什么这些古老的黑洞如此巨大，原因尚不立即明显。

“一个重大的问题是要理解这些巨大的黑洞是如何如此之快地变得如此之大的，”岳说。

一个标准的黑洞形成于一颗恒星耗尽燃料并经历引力坍缩时，触发超新星爆炸。由此产生的黑洞随后在其生命周期中逐渐消耗物质，随着时间的推移而增长。

“这些黑洞的质量是太阳的数十亿倍，而宇宙仍处于婴儿期，”研究合著者、麻省理工学院物理助理教授安娜-克里斯蒂娜·埃勒斯在声明中说。“早期宇宙中的黑洞似乎比它们的宿主星系生长得更快。”

根据黑洞形成的常规路径，这些黑洞根本不应该有足够的时间变得像它们现在这样大，这引发了存在替代形成方法的可能性。

一种提出的机制是“直接坍缩”。在这个模型中，不是恒星坍缩产生黑洞，而是一个巨大的尘埃和气体云坍缩，完全绕过恒星阶段。理论上，这可以产生更大的黑洞——被称为直接坍缩黑洞——使它们在进化上提前成为超大质量黑洞，比传统上可能的更早。尽管这仍然是一种理论，但在2023年，天文学家宣布了第一个含有直接坍缩黑洞的星系候选者。

尽管这些异常巨大的黑洞的起源仍然未知，但这项工作为科学家们提供了对早期宇宙中这些星系和类星体发展的洞察。