摘要
了解超大质量黑洞在宇宙早期是如何形成和成长的已经成为一个重大挑战1，2因为在宇宙大爆炸7亿年之后就发现了发光类星体3.，4．模拟显示了一个演化序列，尘埃变红的类星体从严重被尘埃遮蔽的星爆中出现，然后通过排出气体和尘埃转变为不明显的发光类星体5．虽然最后一个阶段已被确定为红移7.6(参考。6)中，由于类星体在光学和近红外波长的亮度较弱，因此还没有发现类似红移的过渡类星体。在这里，我们报告了一个紫外致密天体GNz7q的观测结果，它与一个红移为7.1899±0.0005的尘埃笼罩的星爆有关。在这个时代，主星系的尘埃发射比任何其他已知天体都要明亮，每年在480秒差距的中心半径内形成1600颗太阳质量的恒星。在深、高分辨率成像和无缝隙光谱学中，远紫外线中的红点源被识别出来。GNz7q在x射线中非常微弱，这表明在星爆尘埃的核心出现了一个独特的紫外致密恒星形成区或一个康普顿厚的超级爱丁顿黑洞吸积盘。在后一种情况下，观测到的性质与宇宙学模拟的预测是一致的7并表明GNz7q是后来未被遮盖的发光类星体的前身。
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本文利用9583、9727、9728、10189、10339、11600、12442、12443、12444、12445、13063、13420和13779程序的HST数据https://archive.stsci.edu/．减少HST和斯皮策图像马赛克可在https://doi.org/10.5281/zenodo.4469734．CHArGE项目的其他产品可在https://gbrammer.github.io/projects/charge/．支持我们发现的NOEMA数据包括ED19AD和W20EO，它们可在https://www.iram-institute.org/EN/content-page-386-7-386-0-0-0.html．SDSS类星体在z图中= 3.111可从SDSS DR12网站下载，网址是https://dr12.sdss.org/spectrumDetail?plateid=6839 mjd=56425 fiber=146．本地类星体和星爆的SEDs可从太古的模板网站(网址http://www.iasf-milano.inaf.it/~polletta/templates/swire_templates.html．在当前研究期间生成和/或分析的数据集可根据合理要求从通信作者处获得。
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HST和Spitzer数据用灰杉木和杉木处理，可在https://github.com/gbrammer/grizli而且https://github.com/gbrammer/golfir,分别。HST F125W图像用galfit进行分析，galfit可在https://users.obs.carnegiescience.edu/peng/work/galfit/galfit.html．使用GILDAS软件对NOEMA数据进行还原。CASA管道5.6版本也用于对NOEMA干涉测量数据成像。可在https://casa.nrao.edu/casa_obtaining.shtml而且https://www.oso.nordic-alma.se/software-tools.php．在线便携式交互式多任务模拟器可在https://heasarc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/Tools/w3pimms/w3pimms.pl．
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确认
感谢M. Onoue, K. Ichikawa, Y. Harikane和Y. Ono对GNz7q的物理性质和最亮的莱曼断裂星系中的AGN分数的讨论z≈7;E. Murphy和F. Owen分享了他们的JVLA数据;D. Marrone分享SPT0311-58W最适合SED模型;惠特克(K. Whitaker)对写手稿提出了有用的建议。这项工作是基于哈勃太空望远镜、斯皮策、钱德拉、斯巴鲁、赫歇尔、詹姆斯·Clerk·麦克斯韦望远镜和卡尔·g·詹斯基甚大阵列的档案数据，以及IRAM/NOEMA干涉仪(项目ID: E19AD和W20EO)的观测数据。我们感谢来自以下方面的支持:丹麦国家研究基金会，资助号为140;欧洲研究理事会(ERC)整合者资助计划(项目ConTExt，资助号648179);丹麦独立研究基金资助DFF-7014-00017和DFF-8021-00130;Villum Fonden研究基金37440《隐藏的宇宙》
作者信息
作者及隶属关系
贡献
G.B.B.对HST和Spitzer的光学近红外数据进行了还原和分析，发现了GNz7q。酸处理,顺丰速递,G.B.B G.E.M, D.W。见fvsl,中一段,J.P.U.F, L.C R.M.-C。M.V.和F.W.讨论并规划了后续观测策略和数据分析。g.b.b.、G.E.M.和V.K.进行了SED分析，并撰写了相关的方法部分。gb编制了图1、2和扩展数据图2、8。D.W.分析了钱德拉数据中的x射线性质，并撰写了相关的方法部分。t.r.g减少并分析了SCUBA2数据，M.K.和I.C.减少了NOEMA数据。r.v.， M.G.和R.S.进行了宇宙学半分析模拟GAMETE/QSOdust，并编写了相关的方法部分。F.R.致力于NOEMA的三维建模[C2-line数据立方体。P.A.O.研究了在GNz7q附近发现的灰尘连续体物体的性质。所有作者讨论了结果并对手稿进行了评论。S.F.领导的团队，作为后续NOEMA项目的首席研究员，分析了NOEMA数据，撰写了正文和方法部分，并生成了图3,4，扩展数据表1,2，扩展数据图1,3 - 7,9 - 11。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图3 NOEMA 1毫米观测结果。
一个， 1.3 mm连续体(左)和速度积分[C .2]地图(中间)与自然加权。我们在GNz7q的东北方发现了一个偏移量约3″的连续统天体，称为“ND1”。1.3 mm连续介质的强度与速度的积分[C2]在右侧面板中分别以绿色和红色轮廓显示，覆盖在HST/F160W 4″× 4″镂空上。实线在3处绘制σ， ５σ，和7σ水平，而虚线白色轮廓淹没在−3σ的水平。左下角是NOEMA合成光束。b[C2] 1″0半径孔径内的线谱。蓝色曲线是[C2)线。黄色阴影部分表示[−200:+200]km s的速度范围−1用于面板中的速度集成地图一个．c[C2直线运动学。顶部和底部面板分别为速度加权图和速度弥散图(4″× 4″)。
图4 NOEMA 3-mm观测结果。
左:3.3 mm连续体(上)和自然加权的速度集成CO(7-6)图。黑色(白色)轮廓在3点处被淹没σ4σ，和5σ(−3σ)．右图:带有2″0半径孔径的LSB(上)和USB(下)的NOEMA 3毫米波段频谱。虚线表示基于源红移的期望远红外线的观测频率z= 7.1899，由[C .2)线。蓝色曲线是CO(7-6)直线的最佳拟合高斯曲线。黄色阴影表示用于左侧面板中的速度集成地图的速度范围。
扩展数据图5 1.3 mm连续体(上)和[C .2(下)尺寸测量结果。
左:观测图，与扩展数据图相同。3．中间:减去uvmodelfit获得的最佳拟合模型可见性的残差图。对于粉尘连续体，我们通过固定主轴有效半径作为的上限来减去最佳拟合模型能见度re,冷杉= 0.48 kpc。在运行uvmodelfit之前，通过假设ND1的概要文件是一个点源，可以减少ND1的可见性。右:振幅作为的函数紫外线距离。黑色圆圈表示观测到的能见度。误差条显示了每个平均值的标准误差紫外线距离本。红色曲线表示最适合紫外线[答案]C2]线，红色虚线表示的是紫外线模型与上限大小。
扩展数据图8 GNz7q的NIR-MIR SED。
左:Spitzer IRAC和MIPS 24 μm波段追踪的GNz7q观测帧SED。深蓝色曲线是约束在的最佳拟合星系模板(恒星连续体加上Hii区域电离气体的星云发射)λ奥林匹克广播服务公司< 10 μm。薄薄的浅蓝色曲线是额外的星系模板，它们在较低的红移上很大程度上跨越了星系颜色空间93，较厚的浅蓝色曲线是附近尘埃星暴M82和Arp220的模板94．粗大的绿色曲线是1类和2类类星体的模板94，棕色曲线是附近类星体的合成光谱95．浅绿色曲线表示5 <z< 6.496插值到GNz7q的红移。除了星系拟合外，所有的SEDs和模板都归一化到GNz7q观测到的8 μm通量密度。右图:GNz7q观测到的通量密度为5.8 μm、8 μm和24 μm的观测框MIR通量比图，并从左侧面板的SEDs中积分。没有来自恒星和恒星形成的模板(蓝色曲线和点)可以再现通量增强在24 μm(休息框架3 μm)GNz7q，在低红移和高红移上都与发光类星体的颜色完全一致，可能来自与活动核相关的热尘埃。误差条是通过传播1来获得的σ每种光度法的测量不确定度。
扩展数据图10与其他星系群比较的主星系性质z> 6。
一个- - - - - -d，我们显示(一个) sfr， (b）米灰尘, (c）米气体, (d),τdepl。作为红移的函数。为了进行比较，我们还展示了其他具有光谱红移的星系种群:蓝色类星体(蓝色正方形)，红色类星体(洋红色圆圈和阴影区域)，莱曼断裂星系(绿色三角形)，以及来自文献的尘埃星爆星系(橙色圆圈)6，25，136，42，48，85，117，123，137，138，139，140，141，142，143．洋红色阴影代表超级爱丁顿吸积红色类星体W2246−0526的主星系属性的第68百分位z= 4.642，141．GNz7q的主星系显示出最活跃的恒星形成系统z> 7与大气藏。填充和打开的符号c表示米气体来自CO和[C]的估计2]行。SFR和的误差条米灰尘通过传播1来估计σ测量不确定度和0.2-dex不确定度Td假设，当他们从一个亚毫米毫米波段(第8节)米气体而且τdepl。都是用1估计的σ测量不确定度和传播的SFR和米气体分别的不确定性。对于所有种群，修正了文献中对初始质量函数和尘埃不透明系数的不同假设。
扩展数据图11米直流发电机而且米黑洞关系。
红色阴影区域的色阶和垂直范围与图中对应。3.．红色圆圈和红色阴影区域表示潜力米黑洞GNz7q的微弱范围l波尔和极微弱的x射线性质。红色阴影区域的水平范围表示第68百分位米直流发电机[答案]C2)线。为了进行比较，我们还介绍了米黑洞而且米直流发电机(或米明星)对蓝色类星体的估计z~ 6-7(蓝色方块)47，127，128，146，147，148，150，151红色类星体在z~ 2(洋红色圆圈)132．误差条表示1σ来自文献的不确定性。的米直流发电机基于三维建模的运动学分析值显示在用1填充的蓝色方块中σ误差线146，147．的米直流发电机文献中基于旋转盘假设的测量结果显示为蓝色开放方块。蓝色线条显示了填充的蓝色方块的最佳拟合关系146．黑色实线表示凸起质量与的最佳拟合关系米黑洞在局部静止的星系中152．黑色虚线表示整个系统的恒星质量与米黑洞本地agn之间153．阴影区域表示1σ最合适关系的信心水平。
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藤本，S，布拉默，g.b.，华生，D。et al。宇宙黎明时分连接星系和类星体的尘埃致密天体。自然604， 261-265(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04454-1
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04454-1
