强大的黑洞可能会在繁华的银河系社区中成长

作为人，我们都受到我们成长的社区的影响，无论是繁华的城市中心还是安静的乡村。遥远外太空的物体也不例外。

作为亚利桑那大学的天文学家，我喜欢将自己视为宇宙历史学家，追踪超大质量黑洞的形成过程。

像你一样，每个超大质量黑洞都生活在一个家(它的宿主星系)和一个邻居(它的本地其他星系群)中。超大质量黑洞通过消耗其宿主星系内已有的气体而生长，有时达到比太阳重十亿倍的程度。

理论物理学预测黑洞需要数十亿年的时间才能成长为类星体，类星体是由黑洞提供动力的极其明亮和强大的物体。然而天文学家知道，许多类星体在短短几亿年内就形成了。

我对黑洞生长速度快于预期的特殊问题很着迷，并致力于通过缩小并检查这些黑洞周围的空间来解决这个问题。也许最大的类星体是城市光滑体，形成于数十或数百个其他星系的中心。或者，即使在宇宙最荒凉的区域，类星体也可能增长到巨大的比例。

星系原星系团

宇宙中可以形成的最大物体是星系团，其中包含数百个被重力拉到共同中心的星系。在这些成群的星系坍缩成单个物体之前，天文学家将它们称为原星系团。在这些密集的星系附近，天文学家看到了碰撞的星系、不断增长的黑洞和最终将成为下一代恒星的大群气体。

这些原星团结构的增长速度也比我们想象的要快得多，所以我们还有第二个宇宙问题需要解决 类星体和原星团如何演化得如此之快?他们有联系吗?

为了观察原星系团，天文学家最好获得原星系团中每个星系的图像，这些图像显示星系的形状、大小和颜色，以及光谱，通过特定波长的光显示星系与地球的距离。

借助像詹姆斯 韦伯太空望远镜这样的望远镜，天文学家可以看到数十亿年前的星系和黑洞，因为从遥远物体发出的光必须传播数十亿光年才能到达其探测器。然后我们可以查看原星团和类星体的婴儿照片，看看它们早期是如何演化的。

天文学家只有在观察光谱后才能确定星系和类星体在三维空间中是否实际上靠得很近。但是，一次获取每个星系的光谱可能比任何天文学家花费的时间要多得多，而且图像可以显示看起来比实际距离更近的星系。

因此，在很长一段时间里，人们只是预测巨大的类星体可能会在巨大的银河城市中心演化。

前所未有的类星体环境视图

现在，韦伯凭借一种称为宽视场无缝摄谱仪的仪器彻底改变了对星系邻域的搜索。

该仪器同时获取视野中每个星系的光谱，以便天文学家可以立即绘制出整个宇宙城市的地图。它通过捕获特定波长的气体发出的光来编码有关星系3D位置的关键信息，并且只需几个小时的观测时间。

第一个韦伯项目希望研究大爆炸后约8亿年期间的类星体环境。这个时间段是天文学家可以利用氢和氧发出的光观察这些巨大类星体及其邻居的最佳时机。这些光特征的波长显示了发射它们的物体沿着我们视线的位置，使天文学家能够完成星系相对于明亮类星体所在位置的普查。

其中一个正在进行的项目是由亚利桑那大学斯图尔特天文台的ASPIRE团队领导的。在早期的一篇论文中，他们在一个极其明亮的类星体周围发现了一个原星系团，并用12个星系的光谱证实了这一点。

另一项研究检测到了一百多个星系，寻找早期宇宙中已知的最明亮的单一类星体。其中二十四个星系靠近类星体或其附近。

在正在进行的工作中，我的团队正在了解有关此类迷你星系城市的更多详细信息。我们想弄清楚单个星系是否显示出高新恒星形成率，它们是否包含大量老恒星，或者它们是否正在相互合并。所有这些指标都表明这些星系仍在积极演化，但在我们观察到它们之前就已经形成了数百万年。

一旦我的团队获得了某个区域中星系的属性列表，我们就会将这些属性与宇宙中远离任何类星体的随机星系的控制样本进行比较。如果这些指标与控制有足够的差异，我们将有充分的证据表明类星体确实在特殊的邻域中生长，这些邻域的发展速度比宇宙中更稀疏的区域快得多。

虽然天文学家仍然需要更多的类星体来在更大范围内证明这一假设，但韦伯已经打开了一扇通往辉煌的高分辨率细节发现的光明未来的窗户。