所有大质量星系中心均有超大质量黑洞(质量范围在10万到100亿倍太阳质量之间)。它们是宇宙中的极端天体，除了极端的黑洞物理以外还拥有多项独特的观测特征（全电磁波谱辐射、高辐射强度等）。它们是宇宙中普遍及不可或缺的存在，一般认为这些黑洞对宿主星系的反馈效应对于星系——构成我们宇宙的砖块——的演化至关重要。另一方面，超大质量黑洞又是非常神秘的。这些致密天体尺度相对很小，绝大多数情况下的天文观测不足以分辨黑洞及其附近的气体物质结构，因此对它们的理解依赖基于多波段观测信号的模型解释，存在相当大的不确定性。因此，综合了上述三大特性的超大质量黑洞是当代天文与天体物理研究的最前沿领域之一。2020年的诺贝尔物理学奖授予了超大质量黑洞理论及观测验证方面的工作，也反映了这一研究领域的重要性。

2017年，一幅空前的X射线图像（图1）给了天文学家们研究宇宙中超大质量黑洞的绝好机会。这次有史以来最深（曝光时间最长，灵敏度最高）的X射线观测，耗用了美国航空航天局（NASA）Chandra X射线太空望远镜总共约七百万秒或者81天的曝光时间。这一观测被称为Chandra南天区深场巡天。巡天区域面积仅为满月的百分之六十，但我们（Luo et al. 2017, ApJS, 228, 2）从这次最深的X射线巡天观测中发现了前所未有的高密度的超大质量黑洞：在满月大小的区域中能达到5000个，而在全天预计能有10亿个这样的黑洞。

从该图像中发现的约百分之七十的X射线源是活跃增长中的超大质量黑洞。这些宇宙中的“巨兽”靠引力贪婪地吞噬星系中的气体，天文学专有名词称为黑洞的吸积。气体在落向黑洞视界的过程中会被加热，从而产生明亮的X射线辐射。观测到的部分超大质量黑洞的X射线辐射来自极遥远的早期宇宙，距离地球约125亿光年。通过这些X射线深场数据，结合其他太空望远镜比如哈勃的深场巡天数据，天文学家们可以对这个大样本黑洞的数十亿年的宇宙学增长做系统性研究。

由于吸积超大质量黑洞均有显著的X射线辐射，而且X射线辐射可以穿透一般尘埃气体的遮蔽，所以X射线巡天观测是研究黑洞种群的有效及高效手段, 当代两个旗舰级的X射线太空望远镜Chandra以及XMM-Newton自运行开始的近20年来一直进行着X射线巡天观测（e.g., Brandt & Alexander 2015, A&Arv, 23, 1）。通常X射线巡天区域均配套有较好的多波段巡天数据，这些也是刻画黑洞性质必不可少的。目前X射线巡天能探测到的黑洞数密度比其他波段要高至少一个量级（e.g., Padovani et al. 2017, A&Arv, 25, 2），这些大量额外的黑洞样本主要是被尘埃气体遮蔽的以及中等光度的吸积超大质量黑洞，它们不仅仅在数密度上占主导地位，积分光度也主导了宇宙吸积能量输出（e.g., Ueda et al. 2014, ApJ, 786, 104）。

近年来，随着观测手段的进步，对超大质量黑洞的研究也步入了新的阶段，主要是在观测广度、观测深度、以及时域方面的发展。这些研究内容可以主要概括为以下三个方面。

（1）超大质量黑洞的种群统计。这方面关键的科学问题包括构建它们在宇宙中的质量函数，理解它们的诞生（种子黑洞、原初黑洞等相关过程）以及增长和演化过程（吸积增长及吸积时间占比duty cycle、并合增长、也与未来引力波探测相关）等。这方面的研究非常依赖一个完备全面的超大质量黑洞大样本。

（2）超大质量黑洞的物理。这方面关键的科学问题包括黑洞自身的物理参数（质量、自旋），黑洞吸积的物理（吸积率、吸积盘结构等）、吸积黑洞各主要成份的物理（宽线区、窄线区、尘埃环、外流和喷流等）等。近年来这方面的研究侧重基于大数据发现新现象（比如特殊光变现象包括变脸吸积黑洞、恒星潮汐撕裂事件等），从新角度（比如多波段、吸收线等）发掘新但却普适的物理。

（3）超大质量黑洞与宿主星系及更大尺度环境的关联。这方面关键的科学问题包括理解黑洞质量与宿主星系质量速度弥散等性质的关联，黑洞对宿主星系的反馈效应及共同演化，以及黑洞增长/黑洞活动触发与环境因素的依赖关系等。这方面的研究通常需求大样本的黑洞以及相关的宿主星系及环境数据，非常依赖多波段观测。

这些研究方向与内容也有一个共同的特点，那就是系统性，当前及未来对超大质量黑洞的研究目标不再是对个例的理解，而是对整个种群各方面性质的全面、系统性的刻画。X射线巡天以及配套的多波段巡天为这些研究提供了不可或缺的观测数据。基于当前以及未来的巡天数据，我们将能揭示宇宙中更大的黑洞宝库，从而实现彻底理解这一类极端、普遍、又神秘的天体的目标。