超大质量黑洞(SMBHs)——质量超过太阳一百万倍的黑洞——在今天的宇宙中普遍存在。然而，目前尚不清楚它们在138亿年的宇宙历史中何时、何地以及如何形成。
过去几十年的观测表明，每个星系的中心都有一个SMBH，黑洞的质量几乎总是宿主星系质量的千分之一。这种密切的关系意味着星系和SMBHs是共同进化的。因此，揭示SMBHs的起源不仅对理解SMBHs本身至关重要，而且对阐明星系(可见宇宙的主要组成部分)的形成过程也至关重要。
解决这个问题的关键在于早期宇宙，从大爆炸(即宇宙的开始)到现在的时间还不到10亿年。由于光速有限，我们可以通过观察遥远的宇宙来回顾过去。当宇宙只有10亿年或更少的时候，SMBHs已经存在了吗?黑洞有可能在如此短的时间内获得如此大的质量(超过100万太阳质量，有时达到数十亿太阳质量)吗?如果是这样，潜在的物理机制和条件是什么?
为了接近SMBHs的起源，我们需要观察它们，并将它们的性质与理论模型的预测进行比较。为了做到这一点，我们首先需要找到它们在天空中的位置。
在目前的研究中，我们使用了位于夏威夷茂纳克山顶的斯巴鲁望远镜。斯巴鲁最大的优势之一是它的广域观测能力，这特别适合我们的目的。由于SMBHs不发光，我们寻找一种叫做“类星体”的特殊类型——具有闪闪发光的外围的SMBHs，下落的物质在那里释放引力能。
我们观测了相当于满月5000倍的广阔天空，并成功发现了162个存在于早期宇宙中的类星体。特别是，其中22个类星体生活在宇宙年龄不到8亿年的时代——这是迄今为止发现的最古老的类星体时期。
我们发现的大量类星体使我们能够确定最基本的测量方法，称为“光度函数”，它将类星体的空间密度描述为辐射能量的函数。我们发现类星体在早期宇宙中形成得非常快，而光度函数的整体形状(振幅除外)随着时间的推移保持不变。
光度函数的这种特征行为为理论模型提供了强有力的约束，这些理论模型最终可以再现所有可观测值并描述SMBHs的起源。我们的研究发表在《天体物理学杂志通讯》上。
另一方面，已知宇宙在早期阶段经历了称为“宇宙再电离”的主要相变。过去的观测表明，整个星系间空间在这次事件中都被电离了。电离能的来源仍在争论中，来自类星体的辐射被认为是一个有希望的候选者。
通过对上述光度函数的积分，我们发现类星体在早期宇宙中以1光年的单位体积在一侧每秒发射1028个光子。这还不到当时维持星系间空间电离状态所需光子的1%，因此表明类星体对宇宙再电离的贡献很小。其他的能源是迫切需要的，根据其他最近的观察，这些能源可能是形成星系的大质量热恒星的综合辐射。
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希望本篇文章《探索早期宇宙中的超大质量黑洞》能对你有所帮助！
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