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宇宙深处的隐秘奇观:隐藏在‘微红星辰’中的禁忌黑洞与远古恒星

2024-07-03科学

忘掉「小绿人」的故事吧,是「小红点」在宇宙的婴儿期吸引了詹姆斯·韦伯太空望远镜的目光。

科学家们说,这些奇怪的红色斑点中隐藏着一些恒星,这些恒星根据模型推测,它们「太老了」,不可能在宇宙早期存在。还有那些质量达到银河系中心超大质量黑洞数千倍的黑洞。科学家们相信,这些天体一定是以一种早期宇宙独有的方式诞生的——这种方式在宇宙存在大约十亿年后似乎就停止了。

这三个小红点是在宇宙年龄在6亿到8亿年时的样子。虽然这在大爆炸之后看起来是一段很长的时间,但宇宙现在是138亿岁,这意味着当这些天体存在时,它还不到当前年龄的5%。

通过确认这些小红点在早期宇宙中的存在,JWST的发现可能挑战我们对星系演化以及位于它们核心的超大质量黑洞的认知。

由宾夕法尼亚州立大学的科学家们领导的团队,在利用JWST的近红外光谱仪作为红宝石调查的一部分研究早期宇宙时,发现了这些神秘的深红色宇宙奇观。

「这非常令人困惑,」团队成员、宾夕法尼亚州立大学的天文学和天体物理学助理教授Joel Leja说。「你可以让我们当前的宇宙模型非常不舒服地适应它,但只有当我们考虑到时间开始时一些外来的、极其迅速的形成方式。」

「这无疑是我职业生涯中见过的最奇特和最有趣的一组天体。」

研究人员研究了来自小红点的不同波长的光的强度,这揭示了这些恒星有数亿年的历史——远远超出了对宇宙早期阶段恒星的预期。

研究人员还观察到小红点区域内有超大质量黑洞的迹象,其质量相当于数百万甚至数十亿个太阳。这些黑洞的质量是银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*的100到1000倍。

这两个发现都不符合当前的宇宙演化、星系增长或超大质量黑洞形成模型。所有这些理论都表明,星系和超大质量黑洞是同步增长的——但这种增长需要数十亿年。

「我们已经确认,这些天体似乎充满了古老的恒星——数亿年的历史——在一个只有6亿到8亿年的宇宙中。值得注意的是,这些天体保持着最古老星光最早的记录,」研究负责人、宾夕法尼亚州立大学的博士后学者Bingjie Wang说。「在一个非常年轻的宇宙中发现老恒星是完全出乎意料的。标准的宇宙学和星系形成模型一直非常成功,然而这些明亮的天体并不太适合舒适地融入那些理论。」

这个团队打算用更多的观测来跟进它的发现,以更好地理解这些令人困惑的小红点的谜团。这将包括通过将JWST指向红色天体更长时间来获得更深的光谱,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老恒星和超大质量黑洞的贡献。

「我们有可能通过另一种方式取得突破,那就是拥有正确的思路,」Leja总结道。「我们有所有这些拼图块,只有当我们忽视其中一些正在破裂的事实时,它们才合适。这个问题对于我们所有人、我们的合作者和整个科学界都难以解决的天才的灵光一现是开放的。」

「老实说,有这么多的谜团等待我们去解开,这真是令人兴奋。」

该团队的研究于6月26日发表在【天体物理学杂志通讯】上。