《怪獸之星》或許終于在時(shí)間的黎明中得以一窺

最大的謎團(tuán)之一是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的開(kāi)發(fā)目的是研究超大質(zhì)量的誕生黑洞（小型小孩）。

二十多年來(lái)，天文學(xué)家一直在思考這些重力巨獸——質(zhì)量數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億太陽(yáng)——如何在大爆炸.根據(jù)最廣泛接受的宇宙學(xué)模型，大質(zhì)量黑洞沒(méi)有足夠的時(shí)間通過(guò)黑洞通常形成和合并的過(guò)程形成。

近期觀測(cè)對(duì)這些模型提出了挑戰(zhàn)，支持了另一種假說(shuō)：SMBH的“種子”直接由宇宙氣體坍縮云形成，即直接坍縮黑洞（DCBHs）。

相關(guān)報(bào)道：這可能是超大質(zhì)量黑洞首次被目擊的誕生

唯一的另一種可能是，早期宇宙（第三族群）存在的恒星質(zhì)量足夠大，足以留下巨大的黑洞。

利用JWST，一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了支持“”怪獸之星早期宇宙中存在1000到10000個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

該團(tuán)隊(duì)由弗吉尼亞大學(xué)的瑞士國(guó)家科學(xué)基金會(huì)博士后研究員Devesh Nandal領(lǐng)導(dǎo)，他是理論與計(jì)算研究所（ITC）在哈佛與史密森天體物理中心（CfA）進(jìn)行的。

他與宇宙學(xué)高級(jí)講師丹尼爾·惠倫一同出席宇宙學(xué)與引力研究所（ICG）在樸茨茅斯大學(xué);來(lái)自阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)大學(xué)（UAEU）的天體物理學(xué)家穆罕默德·A·拉蒂夫，以及來(lái)自莫納什大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院的研究員亞歷山大·赫格爾。

利用JWST，團(tuán)隊(duì)研究了GS 3073星系的化學(xué)特征，該星系最初由Latif、Whalen及其同事于2022年識(shí)別。天文學(xué)研究所（IfA）在愛(ài)丁堡大學(xué)、?？巳卮髮W(xué)，以及赫茨伯格天文學(xué)與天體物理研究中心.

當(dāng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)注意到氮氧比極高（0.46）;遠(yuǎn)高于任何已知的恒星或恒星爆炸類(lèi)型所能解釋的高度。這促使他們推測(cè)宇宙中最早的恒星，即第三期恒星，是在大爆炸幾億年后由冷氣體湍流形成的。

他們還指出GS 3073含有積極進(jìn)食的黑洞在它的中心，可能是這些“怪獸星”之一的殘余。他們聲稱(chēng)，這種恒星天體的存在可以解釋為什么韋伯探測(cè)到多個(gè)存在于大爆炸后不到10億年的類(lèi)星體。

該現(xiàn)象也稱(chēng)為活動(dòng)星系核（AGN），由星系中心的單粒子粒子（SMBH）引起，它們將下落的氣體和塵埃加速至接近光速。這會(huì)釋放出巨大的能量，使核心區(qū)域暫時(shí)蓋過(guò)盤(pán)中所有恒星的光芒。

樸茨茅斯大學(xué)的南達(dá)爾說(shuō)新聞稿:

化學(xué)豐度就像宇宙指紋一樣，而GS3073中的圖案與普通恒星無(wú)法產(chǎn)生的任何東西都不同。其極端的氮含量只符合我們已知的一種來(lái)源——質(zhì)量是太陽(yáng)數(shù)千倍的原始恒星。

這告訴我們，第一代恒星包含了真正超大質(zhì)量的天體，這些天體幫助塑造了早期星系，并可能為今天的超大質(zhì)量黑洞提供了種子。

為了驗(yàn)證這一理論，拉蒂夫、惠倫及其團(tuán)隊(duì)模擬了質(zhì)量為1000至10000太陽(yáng)質(zhì)量恒星的演化過(guò)程及其產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)。這使他們能夠識(shí)別出一個(gè)特定機(jī)制，解釋GS3073中觀察到的氮氧比。

它始于怪獸恒星在核心中融合氦氣生成碳，碳泄漏到周?chē)臍又?，氫氣在那里被融合。在那里，碳與氫結(jié)合形成氮?dú)?，氮通過(guò)對(duì)流流分布到恒星各處，最終釋放到太空中。

只要氦在核心中融合（數(shù)百萬(wàn)年），這一過(guò)程將持續(xù)，并富集周?chē)h(huán)境的氣體云，直到氮氧比值被觀察到。團(tuán)隊(duì)的模型還表明，這些怪獸星在生命周期末期并未以超新星形式爆炸，而是直接坍縮成大質(zhì)量黑洞，這些黑洞是今天觀測(cè)到的SMBH的“種子”。

他們還發(fā)現(xiàn)，這種氮特征并不存在于比該質(zhì)量范圍內(nèi)更小或更大的恒星中。如果這些恒星被證實(shí)，將解釋韋伯之前觀測(cè)中出現(xiàn)的兩個(gè)謎團(tuán)。

更重要的是，這些發(fā)現(xiàn)為宇宙在大爆炸后38萬(wàn)年至10億年間的存在提供了新的見(jiàn)解——即“宇宙黑暗時(shí)代”。

直到最近，這一宇宙學(xué)時(shí)代對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)仍難以接近，因?yàn)檫@一時(shí)期的光線過(guò)于微弱，傳統(tǒng)儀器無(wú)法觀測(cè)，需要像JWST那樣的尖端紅外光學(xué)設(shè)備。研究人員預(yù)測(cè)，未來(lái)巡天中會(huì)出現(xiàn)更多氮過(guò)剩的星系，這將使科學(xué)家能夠進(jìn)一步探究怪獸恒星的潛在存在。

“我們最新的發(fā)現(xiàn)幫助解開(kāi)了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)20年的宇宙謎團(tuán)，”惠倫說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)GS 3073，我們首次有了這些怪獸恒星存在的觀測(cè)證據(jù)。這些宇宙巨星會(huì)在短暫的輝煌燃燒中燃燒，隨后坍縮成巨大的黑洞，留下我們數(shù)十億年后仍能探測(cè)到的化學(xué)特征。

“有點(diǎn)像恐龍在地球上——它們巨大而原始。而且他們的壽命很短，壽命僅25萬(wàn)年——宇宙一瞬間?！?/p>

本文最初發(fā)表于今日宇宙.請(qǐng)閱讀原文.

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