【原】早期宇宙神秘紅點(diǎn)身份揭曉？或?yàn)楹诙葱谴髿鈱?/span>

天文在線 2025-10-01 發(fā)布于云南

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韋布望遠(yuǎn)鏡新發(fā)現(xiàn)：早期宇宙紅點(diǎn)實(shí)為黑洞星大氣

早期宇宙中的神秘“紅點(diǎn)”或者就是“黑洞恒星”的大氣。

黑洞恒星的透視圖（不用于測(cè)量）。在宇宙萌芽初期發(fā)現(xiàn)的神秘微小光點(diǎn)，可能是巨型的熾熱球狀氣體。它們?nèi)绱烁呙芏龋瓷先ゾ拖袷堑湫偷暮司圩児┠芎阈堑拇髿庖粯?。然而，它們依靠的并非是核聚變供能，而是它們中心的超大質(zhì)量黑洞供能。這些黑洞，會(huì)快速吞噬物質(zhì)，將物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量，并且釋放出光。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了一些微小的紅色天體，這些天體為科學(xué)家提供了關(guān)于宇宙星系起源的新視角，并可能代表了一種全新的天體：一個(gè)吞噬大量物質(zhì)并吐出光的黑洞。

2022年，一個(gè)包括賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員在內(nèi)的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的首批數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)了神秘的“小紅點(diǎn)“。研究人員認(rèn)為，這些天體可能是像我們目前的銀河系一樣成熟的星系，在大爆炸后僅5億至7億年時(shí)就已經(jīng)存在，而銀河系大約有136億年的歷史。

研究團(tuán)隊(duì)非正式地稱這些天體為“宇宙破壞者“。最初，它們被認(rèn)為是比任何人預(yù)期的都要古老得多的星系，存在于宇宙的嬰兒期，這對(duì)科學(xué)家先前對(duì)星系形成的理解提出了質(zhì)疑。

現(xiàn)在，在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，包括賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員在內(nèi)的國(guó)際天文學(xué)家和物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出，這些光點(diǎn)可能不是星系，而是一種全新類型的天體:黑洞恒星。

他們表示，分析表明這些微小的光點(diǎn)可能是由高密度高溫氣體構(gòu)成的巨型球體，其密度之高使其看起來(lái)像典型的核聚變恒星大氣層；但它們的能量并非來(lái)自核聚變，而是源自中心迅速吞噬物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞——這些黑洞將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量并釋放出光芒。

“基本上，我們觀察了足夠多的紅點(diǎn)，直到發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)紅點(diǎn)的大氣層異常濃厚，無(wú)法用星系中典型恒星來(lái)解釋，“賓夕法尼亞大學(xué)天體物理學(xué)副教授、論文合著者喬爾·萊賈表示。

“這個(gè)發(fā)現(xiàn)非常精妙——我們?cè)詾檫@是個(gè)布滿許多獨(dú)立冷恒星的小型星系，但實(shí)際上它本質(zhì)上是一顆巨大的低溫恒星。“

萊亞解釋說(shuō)，低溫恒星由于溫度遠(yuǎn)低于普通恒星，因此發(fā)出的光芒極其微弱。宇宙中大多數(shù)恒星都是質(zhì)量較小、溫度較低的恒星，但它們通常更難被觀測(cè)到，因?yàn)槠涔饷?huì)被更為罕見(jiàn)的高光度大質(zhì)量恒星所掩蓋。

天文學(xué)家通過(guò)恒星發(fā)出的光芒來(lái)識(shí)別低溫恒星，這些光芒主要屬于紅色可見(jiàn)光或近紅外光譜——這些波長(zhǎng)的光已超出人眼可視范圍。

研究人員表示，盡管超大質(zhì)量黑洞周圍的氣體通常溫度極高，可達(dá)數(shù)百萬(wàn)攝氏度，但這些“紅點(diǎn)“黑洞發(fā)出的光波長(zhǎng)顯示，它們被極冷的氣體所主導(dǎo)，類似于低質(zhì)量冷恒星的大氣層。

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是太空中功能最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，旨在通過(guò)紅外傳感儀器觀測(cè)宇宙的起源，這些儀器能夠探測(cè)到最古老的恒星和星系發(fā)出的光。萊賈解釋說(shuō)，基本上，該望遠(yuǎn)鏡使科學(xué)家能夠回溯大約135億年前的時(shí)間，接近我們所知的宇宙誕生之初。

從望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始運(yùn)行的那一刻起，世界各地的研究人員就開(kāi)始發(fā)現(xiàn)“小紅點(diǎn)“，這些天體看起來(lái)遠(yuǎn)比星系模型預(yù)測(cè)的要大得多。

起初，Leja和他的同事認(rèn)為這些天體是成熟星系，這類星系內(nèi)部的恒星會(huì)隨著時(shí)間推移逐漸變紅。但這些天體的亮度高得無(wú)法解釋——要想達(dá)到這種亮度，星系中的恒星必須以不可能的超高密度排列。

“這類星系的夜空會(huì)明亮得令人目眩，“論文合著者、現(xiàn)為普林斯頓大學(xué)美國(guó)宇航局哈勃研究員的王冰潔表示。她在賓夕法尼亞州立大學(xué)進(jìn)行博士后研究期間參與了這項(xiàng)研究。

“若這一解讀成立，就意味著這些恒星的形成過(guò)程極為特殊，是前所未見(jiàn)的宇宙奇觀。“

為破解謎團(tuán)，研究團(tuán)隊(duì)需要獲取光譜數(shù)據(jù)——這種能揭示天體在不同波長(zhǎng)下發(fā)光特性的關(guān)鍵信息。2024年1月至12月期間，天文學(xué)家利用韋伯望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了近60小時(shí)的專項(xiàng)觀測(cè)，最終從4500個(gè)遙遠(yuǎn)星系中采集到光譜數(shù)據(jù)。這是該望遠(yuǎn)鏡迄今獲取的最大規(guī)模光譜數(shù)據(jù)集之一。

2024年7月，研究團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到一個(gè)光譜顯示具有超大質(zhì)量的天體，成為宇宙早期超大質(zhì)量天體中最極端的案例。天文學(xué)家將其昵稱為“懸崖“，并將其視為研究那些“小紅點(diǎn)“本質(zhì)的最佳實(shí)驗(yàn)樣本。

馬克斯·普朗克天文研究所的研究員、該論文的通訊作者安娜·德·格拉夫在該研究所的新聞稿中表示：“'懸崖'的極端特性迫使我們重新開(kāi)始構(gòu)建全新的理論模型?！?/span>

這個(gè)天體距離地球非常遙遠(yuǎn)，其發(fā)出的光線大約需要119億年才能抵達(dá)地球。光譜分析顯示它實(shí)際上是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它吞噬周圍物質(zhì)的速度極快，以至于自身被包裹在一個(gè)熾熱的氫氣球體中。利亞及其同事觀測(cè)到的光線并非來(lái)自密集的星團(tuán)，而是源自這個(gè)巨型天體。

利亞解釋道，黑洞存在于大多數(shù)星系的中心。有些黑洞的質(zhì)量可達(dá)太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍，它們以極強(qiáng)的引力吞噬附近物質(zhì)，這些物質(zhì)在轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放能量并發(fā)出光芒。

“沒(méi)有人真正知道星系中心的這些巨大黑洞為何存在或來(lái)自何處，“與賓夕法尼亞州立大學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)科學(xué)研究所也有隸屬關(guān)系的萊賈說(shuō)。

“這些黑洞恒星可能是我們今天在星系中看到的黑洞形成的第一個(gè)階段——超級(jí)黑洞的幼年階段?！?/span>

他補(bǔ)充說(shuō)，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了早期宇宙中存在高質(zhì)量黑洞的跡象。這些本質(zhì)上如同渦輪增壓質(zhì)量積累器的新型黑洞恒星，或許能幫助解釋宇宙的早期演化現(xiàn)象，并有望成為對(duì)現(xiàn)有模型的重要補(bǔ)充。萊賈表示研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)檢測(cè)早期黑洞恒星的氣體密度和強(qiáng)度來(lái)驗(yàn)證這一假說(shuō)，這將成為他們下一步的研究方向。