被禁止的黑洞和古老的恒星隐藏在这些“小红点”中

汪雨甘捍

JWST在早期宇宙中看到的神秘物体或“小红点”。（图片来源：JWST/NIRSpec。）

据美国太空网（Robert Lea）：忘掉“小绿人”吧——正是婴儿宇宙中的“小红点”吸引了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的眼球。

科学家们说，这些奇怪的红色天体隐藏着模型认为“太老”而无法在早期宇宙时代生存的恒星，以及比银河系中心的超大质量黑洞大数千倍的黑洞。科学家们认为，这些物体一定是以早期宇宙特有的方式诞生的——这种方法似乎在宇宙存在约10亿年后就停止了。

这三个小红点被视为宇宙存在6亿至8亿年时的样子。尽管这似乎是宇宙大爆炸后的一段非常长的时间，但宇宙已有138亿年的历史，这意味着这些物体存在时，它的年龄不超过当前年龄的5%。

通过证实这些点在早期宇宙中的存在，JWST的这些发现可能会挑战我们对星系和位于其核心的超大质量黑洞进化的了解。

该团队由宾夕法尼亚州立大学的科学家领导，在使用JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）研究早期宇宙时，发现了这些神秘的深红色宇宙怪事，这是RUBIES调查的一部分。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学助理教授Joel Leja在一份声明中表示：“这非常令人困惑。”。“你可以让它不舒服地融入我们目前的宇宙模型，但前提是我们在时间之初唤起一些奇异的、疯狂的快速形成。

“毫无疑问，这是我职业生涯中见过的最奇特、最有趣的一组物品。”

这些点背后是什么？

研究人员研究了来自小红点的不同波长光的强度。这揭示了这些恒星有数亿年历史的迹象，远远超过了宇宙早期恒星的预期年龄。

研究人员还在小红点区域内看到了超大质量黑洞的痕迹，其质量相当于数百万，有时甚至数十亿个太阳。这些黑洞的质量是人马座A*（Sgr A*）的100到1000倍，射手座A*是银河系中心的超大质量黑洞，距离地球仅26000光年。

在目前的宇宙演化、星系生长或超大质量黑洞形成模型下，这两个发现都是不可能的。所有这些理论都表明，星系和超大质量黑洞是同步生长的，但这种生长需要数十亿年的时间。

宾夕法尼亚州立大学博士后学者、研究负责人王冰洁在声明中表示：“我们已经证实，在一个只有6亿至8亿年历史的宇宙中，这些天体似乎充满了数亿年前的古老恒星。值得注意的是，这些天体保持着古老星光最早特征的记录。”。“在一个非常年轻的宇宙中发现古老的恒星是完全出乎意料的。宇宙学和星系形成的标准模型非常成功，但这些发光物体并不完全符合这些理论。”



JWST看到的早期超大质量黑洞的插图，就像潜伏在小红点中的物体一样（图片来源：Roberto Molar Candanosa/约翰斯·霍普金斯大学）

该团队在7月份使用JWST时首次发现了这些小红点。当时，研究人员立即怀疑这些物体实际上是大约135亿年前存在的星系。

对这些物体的光谱进行更深入的研究，证实这些物体是生活在黎明时分的星系，还揭示了“过度生长”的超大质量黑洞和不可能“古老”的恒星正在为红点令人印象深刻的光输出提供动力。

研究小组还不确定这些小红点的光有多少来自这些光源。这意味着这些星系要么出乎意料地古老，质量比银河系大，形成的时间比模型预测的要早得多，要么质量正常，但质量过大的黑洞——这些空洞的质量比当前宇宙时代的类似星系大得多。

王说：“区分落入黑洞的物质发出的光和这些微小而遥远的物体中恒星发出的光是一项挑战。”。“无法区分当前数据集的差异，这为解释这些有趣的物体留下了充足的空间。”

那不是普通的超大质量黑洞！

当然，所有黑洞都有被称为“事件视界”的光捕获边界，这意味着，无论它们对小红点贡献多少光，都必须来自它们周围的物质，而不是内部。

黑洞的巨大引力影响在这种物质中产生湍流条件，随着时间的推移，这种湍流条件也会给黑洞提供能量，使其加热并发光。以这种方式由超大质量黑洞提供动力的区域被称为“类星体”，它们所在的星系区域被称之为“活动星系核（AGN）”

这些新发现的“红点”黑洞区域可能与其他类星体不同，即使是JWST在早期宇宙中已经看到的类星体。例如，红点黑洞产生的紫外线似乎比预期的要多得多。尽管如此，这些超大质量黑洞最令人震惊的地方仍然是它们看起来有多大。

勒贾说：“通常情况下，超大质量黑洞与星系是成对的。”。“他们一起长大，一起经历了他们所有的主要生活经历。但在这里，我们有一个完全形成的成年黑洞，生活在一个应该是婴儿星系的内部。”。

“这真的没有意义，因为这些东西应该一起成长，或者至少我们是这么想的。”



这幅插图描绘了两个类星体在被称为宇宙黎明的宇宙时期合并的过程。（图片来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M.Garlick）

红点星系本身也令人惊讶。尽管它们拥有几乎同样多的恒星，但它们似乎比其他星系小得多。这意味着红点星系似乎由100亿至1万亿颗恒星组成，它们挤在一个直径几百光年、体积比银河系小1000倍的星系中。

具体来说，如果银河系缩小到其中一个红点星系的大小，那么距离太阳最近的恒星（半人马座比邻星，距离4.2光年）将在太阳系内。此外，地球和银河系超大质量黑洞Sgr A*之间的距离将从26000光年减少到26光年。这将看到它和它的周围出现在地球上空的夜空中。

Leja说：“这些早期星系中的恒星密度如此之大，这些恒星一定是以我们从未见过的方式形成的，在我们从未想过会看到它们的时期，它们的形成条件是我们从未想过的。”。“不管出于什么原因，仅仅几十亿年后，宇宙就停止了制造这样的物体。它们是早期宇宙独有的。”

该团队打算对这些令人困惑的小红点进行更多的观察，以更好地理解这些点的奥秘。这将包括通过长时间将JWST指向红色物体来获得更深的光谱，以获得与各种元素相关的光的发射光谱。这可能有助于揭示星系中古代恒星和超大质量黑洞的贡献。

Leja总结道：“我们还有另一种方法可以取得突破，那就是有正确的想法。”。“我们有所有这些拼图，只有当我们忽视其中一些正在断裂的事实时，它们才适合。这个问题是天才之举，而迄今为止，我们、我们所有的合作者和整个科学界都没有遇到这个问题。”。

“老实说，有这么多谜团有待解开，真是令人激动。”

该团队的研究于6月26日发表在《天体物理杂志快报》上。