據外媒報道，類星體是宇宙中最亮的天體之一，其亮度超過了它們所在星系中所有恆星的總和。這些明亮、遙遠、活躍的超大質量黑洞塑造了它們所在的星系。在它發射后不久，科學家們將利用韋伯太空望遠鏡研究在非常年輕的宇宙中最遙遠、最明亮的6個類星體以及它們的宿主星系。
他們將研究在這些早期時期類星體在星系演化中起什麼作用。該團隊還將利用類星體來研究宇宙初期星系間空間中的氣體。只有藉助韋伯對低能級光的極度敏感和極佳的角度分辨率才有可能實現。
類星體是非常明亮、遙遠、活躍的超大質量黑洞，質量是太陽的數百萬到數十億倍。它們通常位於星系的中心，以下落的物質為食並釋放出奇妙的輻射洪流。在宇宙中最明亮的物體中，類星體的光比它所在星系的所有恆星的光都要亮，它的噴流和風塑造了它所在的星系。
在今年晚些時候發射后不久，一組科學家將訓練NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡探測6個最遙遠、最明亮的類星體。他們將研究這些類星體及其宿主星系的特性以及它們在非常早期的宇宙中星系演化的最初階段是如何相互聯繫的。研究小組還將利用類星體來檢測星系間空間中的氣體，尤其是在宇宙再電離時期，宇宙再電離在宇宙非常年輕的時候就結束了。他們將利用韋伯對微光的極度敏感和極佳的角度分辨率來完成這一任務。
韋伯望遠鏡：訪問年輕的宇宙
當韋伯深入宇宙時，它實際上會回顧過去。來自這些遙遠類星體的光在宇宙還很年輕的時候就開始了它的韋伯之旅並花費了數十億年才到達。我們將看到的是很久以前的事情，而不是今天的事情。
“我們正在研究的所有類星體都存在於很早的時候，那時宇宙的年齡還不到8億年，不到現在年齡的6%。所以這些觀測給了我們機會來研究星系演化和超大質量黑洞在這些非常早期的時期的形成和演化，”團隊成員Santiago Arribas說道。他是西班牙馬德里天體生物學中心天體物理系的研究教授，同時還是韋伯近紅外光譜儀(NIRSpec)儀器科學團隊的成員。
來自這些非常遙遠的物體的光已經被空間的膨脹所拉伸。這就是所謂的宇宙紅移。光傳播得越遠，紅移就越多。事實上，宇宙早期發出的可見光被劇烈拉伸，以至於當它到達我們這裡時被移到了紅外線中。有了這套紅外線調諧儀器后，韋伯非常適合研究這種光。
研究類星體、它們的宿主星系和環境及它們強大的外流
該小組將研究的類星體不僅是宇宙中最遙遠的並且還是最明亮的。這些類星體通常擁有最高的黑洞質量，它們也有最高的吸積率–物質落入黑洞的速率。
“我們感興趣的是觀察最明亮的類星體，因為它們在其核心產生的大量能量應該會通過類星體外流和加熱等機制對宿主星系產生最大的影響，”加拿大國家研究委員會(NRC)赫茲伯格天文和天體物理研究中心的研究科學家Chris Willott說道，“我們希望觀察這些類星體對其宿主星系產生最大影響的時刻。”另外，Willott還是加拿大航天局韋伯項目的科學家。
當物質被超大質量黑洞吸積時大量的能量被釋放出來。這種能量加熱並將周圍的氣體向外推、產生強大的氣流進而對宿主星系造成嚴重破壞。
外流在星系演化中起着重要的作用。氣體是恆星形成的燃料，所以當氣體由於流出而被移除時，恆星形成的速度就會降低。在某些情況下，外流是如此強大，排出了如此大量的氣體，它們可以完全停止恆星在宿主星系內的形成。科學家們還認為外流是氣體、塵埃和元素在星系內遠距離重新分佈的主要機制，甚至可以被驅逐到星系間的空間——星系間的介質。這可能會引起宿主星系和星系間介質性質的根本變化。
在電離時代的星際空間性質研究
130多億年前，宇宙還很年輕，視野還很模糊。星系之間的中性氣體使得宇宙對某些類型的光不透明。經過數億年的時間，星系間介質中的中性氣體開始帶電或電離，進而使其對紫外線透明。這一時期被稱為再電離時期。但是什麼導致了再電離、創造了今天在宇宙的大部分地方都能檢測到的“清晰”條件呢？韋伯將深入太空、收集更多關於宇宙歷史上這一重大轉變的信息。這些觀測將幫助我們了解再電離時代，這是天體物理學的關鍵前沿之一。
該小組將使用類星體作為背景光源來研究我們和類星體之間的氣體。這些氣體吸收了類星體特定波長的光。通過一種叫做成像光譜學的技術，他們將在中間氣體中尋找吸收線。類星體越亮，光譜中的吸收線特徵就越強。通過確定氣體是中性的還是電離的，科學家將了解宇宙的中性程度以及在那個特定的時間點發生了多少這種再電離過程。
“如果你想研究宇宙，你需要非常明亮的背景源。類星體是遙遠宇宙中最完美的物體，因為它足夠亮，我們可以很清楚地看到它，”團隊成員卡米拉·Pacifici說，她隸屬於加拿大航天局，但在巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所擔任儀器科學家。“我們想研究早期的宇宙，因為宇宙是進化的，我們想知道它是如何開始的。”
該團隊將利用NIRSpec分析來自類星體的光、尋找天文學家所說的“金屬”即比氫和氦重的元素。這些元素是在第一代恆星和第一代星系中形成的並被流出物排出。氣體離開了星系，然後進入了星系間的介質中。該團隊計劃測量這些第一批“金屬”的產生以及它們被這些早期流出物推入星系間介質的方式。
韋伯望遠鏡的力量
韋伯望遠鏡是一種非常靈敏的望遠鏡，能夠探測到非常低的光線。這很重要，因為儘管類星體本質上非常明亮，但這個團隊將要觀測的是宇宙中最遙遠的物體之一。事實上，它們是如此遙遠，以至於韋伯接收到的信號非常非常低。只有藉助韋伯的敏銳觸覺，這門科學才能得以完成。韋伯還提供了極佳的角度分辨率，從而使它能將類星體的光從它的宿主星系中分離出來。
這裡描述的類星體程序是保證時間的觀測涉及到NIRSpec的光譜能力。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將於2021年發射，屆時它將成為世界上最重要的空間科學天文台。韋伯將解決太陽系中的謎團、探索其他恆星周圍的遙遠世界、探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。韋伯是一個國際項目，由NASA及其合作夥伴ESA和加拿大航天局領導。