或?yàn)橛钪孀钤绾阈翘s前的跡象

一項(xiàng)新研究指出，詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的微小紅點(diǎn)可能是宇宙中首批巨型恒星，其壽命極為短暫，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有理論提出了挑戰(zhàn)。

詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡巡天觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的一組小紅點(diǎn)（以圓圈標(biāo)出）。 （圖片來(lái)源：班哲正湯姆孫）

天文學(xué)家可能已發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）觀測(cè)到的部分神秘小紅點(diǎn)并非如先前所推測(cè)的黑洞，而可能是宇宙早期形成的巨型恒星。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建一種簡(jiǎn)化的古老超大質(zhì)量恒星模型——即宇宙中首批超大質(zhì)量黑洞可能的前身天體——取得了這一發(fā)現(xiàn)。

小紅點(diǎn)在宇宙誕生后的最初20億年中存在，是詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)之一。天文學(xué)家最初提出，這些緊湊的紅色天體可能是活動(dòng)星系核（AGNs），即由正在快速吸積物質(zhì)的黑洞驅(qū)動(dòng)的大星系。

詹姆斯韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到早期宇宙中黑洞正從繭中誕生 詹姆斯韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到早期宇宙中的巨獸恒星正在釋放氮元素 詹姆斯韋布太空望遠(yuǎn)鏡可能已探測(cè)到宇宙中最早的超新星

但相關(guān)證據(jù)并不明確。這些天體極其微小——比典型星系的尺寸還要小。截至目前，它們尚未觀測(cè)到明顯的X射線輻射，而X射線輻射通常是活躍吸積黑洞的主要特征。其光譜中除氫和氦之外，也未發(fā)現(xiàn)顯著的金屬發(fā)射線，表明周?chē)鷼怏w可能化學(xué)成分較為原始，與通常圍繞活躍吸積黑洞所見(jiàn)的富金屬環(huán)境有所不同。

這促使哈佛大學(xué)與史密松天體物理中心（CfA）的德維什南達(dá)爾和阿維勒布探索另一種可能性：這些致密天體是否實(shí)際上是正處于坍縮為黑洞前一刻的超大質(zhì)量恒星？

如果這些微小的紅色光點(diǎn)目前沒(méi)有X射線輻射，也不顯示任何其他金屬譜線，而超大質(zhì)量恒星確實(shí)能夠形成并存在，那么我們已證明這類(lèi)恒星將自然產(chǎn)生這些微小紅色光點(diǎn)所呈現(xiàn)的特征。哈佛史密松天體物理中心博士后研究員、該研究第一作者南達(dá)爾向《生活科學(xué)》表示：我們首次認(rèn)為，所觀測(cè)到的并非某顆恒星早已消亡后留下的遺跡信號(hào)。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》。

怪物祖先

超大質(zhì)量恒星——南達(dá)爾及其同事此前稱(chēng)之為怪物恒星——是主要由原始?xì)怏w（主要是氦和氫）在早期宇宙中形成的極高質(zhì)量恒星。它們被歸類(lèi)為第一代恒星，即第三星族恒星。一些模型表明，這些早期恒星的質(zhì)量可能達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)千至一百萬(wàn)倍。當(dāng)這些恒星死亡時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌筚|(zhì)量黑洞。

為解釋小紅點(diǎn)的極端明亮特性，天文學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)無(wú)金屬的超大質(zhì)量恒星詳細(xì)模型，其質(zhì)量接近百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。研究團(tuán)隊(duì)將模擬結(jié)果與兩個(gè)名為MoMBH1和TheCliff的小紅點(diǎn)的觀測(cè)特征進(jìn)行了比對(duì)。這兩個(gè)天體分別位于宇宙年齡約為6。5億年和18億年的時(shí)期。該超大質(zhì)量恒星模型不僅成功再現(xiàn)了它們的極端亮度，還吻合其光譜中若干關(guān)鍵特征（即它們所發(fā)射的不同波長(zhǎng)的光）。

小紅點(diǎn)的一個(gè)獨(dú)特特征是其光譜中呈現(xiàn)出明顯的V形凹陷。一些解釋認(rèn)為，這種形狀源于塵埃對(duì)光線的吸收，從而使得天體呈現(xiàn)出偏紅的外觀。

一場(chǎng)真正的革命：詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡正在徹底改變我們對(duì)宇宙中最大、最古老黑洞的認(rèn)知 詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡可能已觀測(cè)到宇宙中最早的超新星 詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡再次刷新自身紀(jì)錄，發(fā)現(xiàn)迄今已知距離最遙遠(yuǎn)的星系

早期宇宙中一顆超大質(zhì)量恒星的示意圖。（圖片來(lái)源：詹姆斯韋布空間望遠(yuǎn)鏡（背景），南達(dá)爾等人（插圖））

根據(jù)新模型，這種形狀是由恒星的大氣層（即其外層）產(chǎn)生的。因此，造成該效應(yīng)的并非塵埃對(duì)光線的改變，而是恒星自身的大氣層。

如果超大質(zhì)量恒星確實(shí)存在——我們認(rèn)為它們是存在的，因?yàn)榈谌亲逍菓?yīng)當(dāng)真實(shí)存在——那么一個(gè)小紅點(diǎn)恰恰是它們最理想的藏身之處。南達(dá)爾說(shuō)道。

他提出，V形凹陷和偏紅的外觀也可能與恒星的質(zhì)量損失有關(guān)，其機(jī)制在某種程度上類(lèi)似于太陽(yáng)的日冕物質(zhì)拋射。但在這種情形下，恒星拋出的物質(zhì)會(huì)在其周?chē)纬梢粋€(gè)致密的殼層狀結(jié)構(gòu)。這一質(zhì)量損失的具體機(jī)制尚未完全明確。研究團(tuán)隊(duì)正致力于改進(jìn)恒星外層大氣的理論模型，并進(jìn)一步檢驗(yàn)脈動(dòng)——即恒星有節(jié)奏的膨脹與收縮——是否能夠?qū)⑽镔|(zhì)從恒星表面抬升出去，從而形成一個(gè)分離的氣體殼層；該殼層冷卻后會(huì)使恒星發(fā)出的光整體偏紅。

這項(xiàng)研究作為一項(xiàng)理論探討是行之有效的，未參與該研究的樸茨茅斯大學(xué)宇宙學(xué)與引力研究所高級(jí)講師丹尼爾惠倫向《生活科學(xué)》雜志表示，它表明，一顆超大質(zhì)量恒星可以再現(xiàn)部分‘小紅點(diǎn)’光譜的特征。

天文學(xué)家估計(jì)，如此大質(zhì)量的恒星僅能保持明亮約10000年。若其質(zhì)量較小——介于1萬(wàn)至10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量之間——?jiǎng)t可發(fā)光長(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)年。原因很簡(jiǎn)單：恒星質(zhì)量越大，核燃料消耗得越快。

如果微小紅點(diǎn)是處于坍縮為黑洞前最后階段的超大質(zhì)量恒星，那么可供觀測(cè)的時(shí)間窗口就更短了。研究團(tuán)隊(duì)指出，正是由于這類(lèi)天體需要兼具極端質(zhì)量與極短壽命這兩個(gè)條件，因此并非所有微小紅點(diǎn)都能用這一新模型加以解釋。

這是一個(gè)極其短暫的時(shí)間窗口，惠倫說(shuō)，這使得很難解釋為何會(huì)發(fā)現(xiàn)大約400到500個(gè)紅色小點(diǎn)，如果它們的壽命很短的話。

這個(gè)還是那個(gè)？

另一種關(guān)于小紅點(diǎn)的主流解釋涉及吸積物質(zhì)的黑洞，這類(lèi)黑洞可能源于早期宇宙中氫氣云的直接坍縮，而無(wú)需先形成普通恒星?；輦悓?duì)超大質(zhì)量恒星模型是否優(yōu)于該黑洞理論持懷疑態(tài)度。我看不出它相較于黑洞解釋具有明顯優(yōu)勢(shì)，他指出。

如果這些天體是正在吸積物質(zhì)的黑洞，那么在某些階段，我們可能會(huì)觀測(cè)到X射線輻射逸出，南達(dá)爾解釋道，明確探測(cè)到X射線活動(dòng)將有力支持活動(dòng)星系核（AGN）的解釋。

正在經(jīng)歷混沌吸積或爆發(fā)的黑洞，其光度應(yīng)表現(xiàn)出一定的變化性。然而，迄今為止，在微紅點(diǎn)天體中尚未觀測(cè)到明確的亮度變化。若能探測(cè)到某種閃爍現(xiàn)象，則將更支持活動(dòng)星系核（AGN）活動(dòng)的解釋?zhuān)瑥亩九懦筚|(zhì)量恒星模型，因?yàn)榇祟?lèi)恒星的輻射輸出通常更為穩(wěn)定。

圍繞小紅點(diǎn)的詳細(xì)光譜測(cè)量，若能揭示其周?chē)瘜W(xué)物質(zhì)的豐度，將有助于支持或排除超大質(zhì)量恒星的物理解釋。

答案其實(shí)就在成分之中——這種氣體由什么構(gòu)成？南達(dá)爾說(shuō)。此前的模擬研究表明，超大質(zhì)量恒星通過(guò)核反應(yīng)向周?chē)h(huán)境釋放大量氮元素。另一方面，強(qiáng)烈的氖發(fā)射線則更可能表明存在活動(dòng)星系核（AGN）活動(dòng)。

惠蘭指出，如果存在黑洞，其產(chǎn)生的X射線可能被周?chē)鷫m埃完全吸收；而這些黑洞發(fā)出的射電波則能夠穿透致密的氫云和塵埃，從而逃逸至太空。

這意味著，利用平方公里陣列（SKA）或下一代甚大陣列（ngVLA）等高靈敏度射電觀測(cè)設(shè)施，有望對(duì)此作出決定性檢驗(yàn)。如果‘小紅點(diǎn)’天體確實(shí)由被氣體塵埃包裹的直接坍縮黑洞提供能量，那么射電波將能夠穿透出來(lái)，我們便能探測(cè)到它們。惠倫表示。

南達(dá)爾，D。，與洛布，A。（2026）。超大質(zhì)量恒星與詹姆斯韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的微紅點(diǎn)的光譜特征相吻合?！短祗w物理學(xué)雜志》，998卷（1期），124頁(yè)。doi。org10。384715384357ae32f3

黑洞小測(cè)驗(yàn)：你對(duì)宇宙的了解有多超大質(zhì)量？

BY: Shreejaya Karantha

FY: AI

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參考資料

1.WJ百科全書(shū)

2.天文學(xué)名詞

3.原文來(lái)自： https://www.livescience.com/space/astronomy/mysterious-little-red-dots-discovered-by-james-webb-telescope-may-be-the-first-stars-in-the-universe-on-the-verge-of-collapse

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