韋伯望遠鏡驚見「宇宙正午」星系中心黑洞暴食現象

天文學家運用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)回溯超過100億年的宇宙歷史，在所謂「宇宙正午」時期，發現星系中心的黑洞正經歷驚人的暴食式成長。這項由堪薩斯大學(KU)團隊主導的研究，揭開了宇宙演化史上最活躍時期的神秘面紗。

「宇宙正午」是指大爆炸後約20至30億年間的特殊時期，當時類似銀河系的星系正經歷劇烈的「星暴」現象，以驚人速度形成新恆星。研究團隊推測，現今星系中約半數恆星都是在這個關鍵時期誕生的。

為深入瞭解宇宙138億年歷史中的這個重要階段，團隊利用韋伯望遠鏡進行了「MIRI EGS星系與活躍星系核」(MEGA)巡天計畫。計畫主持人艾莉森·柯克派翠克表示：「我們想了解這些星系如何形成恆星、形成多少恆星，特別是中心黑洞的成長機制。這項計畫將是JWST在中紅外波段最大規模的多波段觀測。」

這些「宇宙正午」時期的星系被厚厚的塵埃雲包裹，可見光難以穿透，卻無法阻擋紅外線的觀測。柯克派翠克解釋：「中紅外波段能觀測塵埃發出的輻射，讓我們得以窺見被塵埃遮蔽的星系內部。」

研究團隊將觀測目標鎖定在大熊座附近的「延伸葛羅斯帶」，這片僅月亮直徑大小的天區竟包含約1萬個星系。團隊在此尋找中心具有暴食型超大質量黑洞的星系，這些黑洞雖然本身不發光，但周圍物質因劇烈摩擦產生高溫，形成明亮的「活躍星系核」(AGN)。

研究顯示，MEGA資料中首次以紅外線觀測到的部分AGN星系，可能是類似銀河系的祖先星系。測量這些星系黑洞的吞噬速率、恆星形成速度，以及星系碰撞造成的變化，將為我們銀河系的形成提供全新線索。

資料處理過程相當艱鉅，團隊成員布倫·巴克豪斯描述：「就像用不同濾鏡拍攝照片，由於望遠鏡輕微移動，影象會有些微偏差。我們必須先修正已知問題，例如每張影象都會出現的刮痕和壞點。」

目前團隊已使用JWST觀測67小時，並獲準追加30小時。柯克派翠克強調：「這是KU首次獲得如此大量的JWST資料，學生們享有獨家使用權一年後，原始資料才會公開。但民眾現在就能透過『宇宙碰撞』公民科學計畫，協助分類星系和尋找合併現象。」

這項研究成果已獲《天體物理學期刊》接受發表，預印本可在arXiv平臺查閱。