被禁止的黑洞和古老的恒星隐藏在这些“微小红点”中（图片）

(2024-07-02 16:06:40)

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被禁止的黑洞和古老的恒星隐藏在这些“微小红点”中（图片）

By Robert Lea

published 10 hours ago

The Universe

“毫无疑问，这是我在我的职业生涯中已经见过的最奇特、最有趣的一组天体”。

由詹姆斯韦伯太空望远镜在早期宇宙中看到的神秘天体或“小红点”。 (Image credit: JWST/NIRSpec.)

忘掉“小绿人”——它是婴儿宇宙中的“小红点”捉住了詹姆斯·韦伯太空望远镜的眼睛。

科学家说，这些奇特的红色天体隐藏着提示对已经在早期宇宙时代期间生活建模“太老”的恒星和测量达比在银河系中心的超大质量黑洞更大数千倍的黑洞。科学家们相信这些天体一定被以早期宇宙独有的方式诞生——一种在宇宙中在宇宙已经存在了大约10亿年后似乎已经停止的方法。

这三个小红点被视为就像它们当宇宙是在6亿到8亿岁之间时一样。虽然在大爆炸之后这可能似乎是一个非常长的时间，但宇宙是138亿岁老的事实意味着当这些天体存在时它不超过它的当前年龄的5%。

通过确认这些点在早期宇宙中的存在，这些詹姆斯韦伯太空望远镜发现可能挑战我们知道关于星系的演化和位于它们中心的超大质量黑洞的。

由宾夕法尼亚州立大学的科学家领导的团队当作为RUBIES勘查的部分用詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）仪器调查早期宇宙时看到了这些神秘的深红色宇宙奇球。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学助理教授乔尔·莱哈（Joel Leja）在一份声明中说，“这非常令人困惑，你能使这个不舒服地适合我们目前的宇宙模型，但除非是我们在时间之初唤起一些奇特的、疯狂的快速形成”。

“毫无疑问，这是在我的职业生涯中我已经见过的最奇特、最有趣的一组天体”。

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的光的强度。这揭示恒星是数亿岁老的迹象- 远比被期待在宇宙的早期阶段的恒星更老。

研究人员还在小红点区域内看到了超大质量黑洞的痕迹，质量相当于数百万甚至数十亿个太阳。这些黑洞的质量是人马座A*（Sgr A*）的100到1000倍之间，人马座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，这两项发现都没有被期望。所有这些理论都提出星系和超大质量黑洞在锁步中增长，但这种增长要用数十亿年。

宾夕法尼亚州立大学博士后学者研究负责人王冰杰在声明中说，“我们已经证实这些出现被挤满古老的恒星- 数亿岁老- 在一个只有[6亿到8亿岁]老的宇宙中。值得注意的是这些天体把持古老星光的最早签名的记录，在一个非常年轻的宇宙中来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一直是难以置信的成功的，而这些发光天体并不完全舒适的适合这些理论”。

一个早期超大质量黑洞的描画，就像被詹姆斯韦伯太空望远镜看到的小红点中发现的潜伏天体一样。 (Image credit: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University)

回到7月份该团队用詹姆斯韦伯太空望远镜首次发现了这些小红点。当时，研究人员立即的怀疑这些天体实际上是大约135亿年前存在的星系。

这些天体光谱的更深入研究证实了这些是生活在时间黎明期间的星系，并且还揭示了“过度生长”的超大质量黑洞和不可能的“老”恒星正在为红点令人印象深刻的光输出提供动力。

该团队还不确定来自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比银河系更古老更大质量，已经比模型预测的远更早形成，要么有正常的质量但不知怎的质量过大的黑洞-比一个类似星系会在当前的宇宙时期有的广袤的更大质量的空无。

王说，“区分来自落入一个黑洞的物质的光和来自这些微小而遥远的天体中的恒星发射的光是挑战性的，不能够来告诉当前数据集中的差异为解释这些有趣的天体留下充足的空间”。

那不是普通的超大质量黑洞！

当然，所有的黑洞都有叫“事件地平线”的捕获光的边界，这意味着无论它们对小红点贡献多少光，它一定来自围绕它们的物质而不是来自内部。

黑洞的巨大引力影响在这种物质中产生湍流条件，随着时间这也为黑洞提供食物，加热它并造成它明亮的辉光。以这种方式由超大质量黑洞驱动的区域被称为“类星体”，它们所在的星系的区域被称为“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，甚至那些詹姆斯韦伯太空望远镜已经在早期宇宙中看到的类星体。例如，红点黑洞似乎来产生比预期的远更多的紫外线。尽管如此，关于超大质量黑洞最令人震惊的事情仍然是它们似乎多大质量的

莱哈说，“通常，超大质量黑洞与星系配对，它们一起长大，一起经历所有它们的主要生活体验，但在这里我们有一个生活在一个婴儿星系中的完全形成的成年黑洞”。

“这真的没有意义，因为这些东西应该一起成长，或者至少这是我们认为的”。

这幅插图描绘两个处在被称为宇宙黎明的宇宙时期合并过程的类星体。 (Image credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick)

红点星系本身也令人惊讶。它们似乎比其他星系远更小，尽管有几乎同样多的恒星。这意味着红点星系似乎由1000颗到一万亿颗恒星挤在一个几百光年跨度的星系有一个比银河系更小1000倍的体积构成。

把这个放进背景中，如果银河系被缩小到这些红点星系之一的大小，那么离太阳最近的恒星（距离太阳的比邻星距离4.2光年）将是在太阳系内。此外，地球与银河系的超大质量黑洞人马座A*之间的距离将从26000光年减少到26光年。这将会看到它及它的周围出现在地球上空的夜空中。

莱哈说，“这些早期的星系将是如此密集有恒星 - 恒星一定是在一个其中我们从未期望来看它们的时期以一种我们从未见过的方式形成，无论出于何种原因，宇宙在仅几十亿年后停止了制造像这样的天体。它们对早期宇宙是独有的”。