在整个宇宙历史上，大多数星系的形成和成长都是由超大质量黑洞和宿主星系一起成长所推动，这些黑洞收集物质以达到数百万太阳质量。追踪这些极端天体的早期阶段是未来强大望远镜的任务之一。由埃斯帕科天体物理学研究所(IA)研究人员领导的一项研究提出了一项新的全面估计。
研究预测，在宇宙还不到当前年龄的7%的时候，在其核心存在着活跃超大质量黑洞非常年轻的星系应该是存在的，而且这些星系在未来x射线和射电望远镜的观测范围之内。
其研究发表在英国《皇家天文学会月刊》上，并于本周在SPARCS IX会议上发表，会上讨论了未来平方公里阵列(SKA)射电望远镜的科学和技术。这些结果可能为SKA和ESA雅典娜x射线空间天文台提供最有效的观测计划。这两个观测站将被用来深入观察本研究探索的宇宙历史同一时期。论文的第一作者、IA和Ciencias da Universidade de Lisboa (FCUL)的Stergios Amarantidis说：由于要等到雅典娜和斯卡进入科学领域还有很长一段时间，现在是时候把他们的目标调整到最好的水平了。
例如，雅典娜过去的一份白皮书提到，超大质量黑洞的预测比我们发现的要少一个数量级。将利用调查结果为未来的调查制定初步计划，研究结果现在可以用来改进这一策略，并准备更有效的调查。作者通过增加对射电和x射线观测的预测，以及对更遥远的宇宙预测，扩展了前人在可见光和x射线光谱部分所做的工作。在这种情况下，x射线是由非常热的物质在落入黑洞时以极快的速度螺旋运动而产生，而信号星系的中心正对着地球。
原始星系团形成的计算机模拟，超大质量黑洞可能在早期宇宙中这些结构的形成中发挥了重要作用。图片：TNG Collaboration
另一方面，射电辐射则是经常从侧面观测到的信号星系，它是由从黑洞附近喷射出的强大粒子射流产生，这些粒子与星系外的气体相互作用。研究人员利用其他团队开发的8个计算模型，并运用目前有关星系演化的知识，预测雅典娜将能够在一个满月大小的天空区域，观测到宇宙早期非常年轻的星系核心，约2500个超大质量黑洞的x射线活动。研究结果表明，在这些早期阶段，射电辐射将不那么丰富，但像SKA这样强大的望远镜仍然能够在天空的同一区域识别出数十个这样的辐射源。
计算模型是通过对附近宇宙中星系演化环境的观察而发展和微调的。这项研究证明，这些模型的局限性之一是，它们无法预测已知存在于遥远时代为数不多的、高度发光的活动星系中心。为了克服这一限制，正确理解第一个星系和超大质量黑洞是如何出现和演化的，增加模拟规模和计算资源是必要的。
这项研究证明了目前最先进的星系形成模型的预测能力，并将指导我们更好地利用正在建造的强大望远镜，与此同时，这也表明我们对第一批活跃星系的理解仍需改进，这将需要我们在未来几年的所有观测努力，早期宇宙在很大程度上仍然难以解释。
博科园-科学科普｜研究/来自: Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
参考期刊文献:《皇家天文学会月刊》
DOI: 10.1093/mnras/stz551
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