JWST揭示了黑洞和星系形成的驚人轉(zhuǎn)折

宇宙的開(kāi)始一直是一個(gè)先有雞還是先有蛋的問(wèn)題。恒星和星系是最早形成的嗎，有黑洞在他們中間慢慢凝聚？還是黑洞出現(xiàn)在第一個(gè)星系之前？

隨著物質(zhì)開(kāi)始冷卻并凝聚，隨后生活大爆炸，它把自己排列成我們?cè)?38億年歷史的大部分時(shí)間里觀察到的形狀和物體。今天，我們看到這些物體是排列在引力束縛系統(tǒng)中的恒星，我們稱之為星系，它們圍繞著一個(gè)超大質(zhì)量旋轉(zhuǎn)黑洞在他們的中心。

傳統(tǒng)上，人們認(rèn)為恒星和星系首先出現(xiàn)在這里。但是，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）收集的早期宇宙數(shù)據(jù)的一項(xiàng)新分析表明，實(shí)際上，黑洞和星系是一起出現(xiàn)的，并且黑洞塑造了圍繞它們演化的星系。

“我們知道這些怪物黑洞存在于我們銀河系附近的星系中心，但現(xiàn)在最大的驚喜是它們也存在于宇宙的開(kāi)始，幾乎就像早期星系的基石或種子。天文學(xué)家約瑟夫·西爾克說(shuō)美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)和法國(guó)索邦大學(xué)。

“他們真的推動(dòng)了一切，就像恒星形成的巨大放大器一樣，這是我們以前認(rèn)為可能的一次徹底轉(zhuǎn)變 - 以至于這可能會(huì)完全動(dòng)搖我們對(duì)星系如何形成的理解。

關(guān)于早期宇宙，我們還有很多不了解的地方，原因很簡(jiǎn)單，我們看不到它。當(dāng)物質(zhì)在最初的 5 億到10億年大爆炸后，恒星和星系之間厚厚的氣體霧霾使空間變得不透明。

我們認(rèn)為我們對(duì)事情的處理相當(dāng)不錯(cuò)。但是，在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，我們開(kāi)始找東西這與科學(xué)家建立的模型不一致。就像黑洞和星系一樣，它們比我們想象的要大得多。當(dāng)JWST出現(xiàn)時(shí)，它表明這些大東西要多得多，發(fā)現(xiàn)得更早，比我們想象的要好。

超大質(zhì)量黑洞提出了一個(gè)特殊的問(wèn)題，因?yàn)橐恍┖诙词怯珊阈切纬傻?。?dāng)一顆特別大的恒星死亡時(shí)，它的核心會(huì)坍塌，剩下的是一個(gè)質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量50倍的黑洞。

更大的黑洞可以從這些對(duì)象之間的碰撞...但超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億倍。如果這些物體是從地面開(kāi)始形成的，那確實(shí)需要很長(zhǎng)時(shí)間，而恒星需要首先出現(xiàn)。

JWST數(shù)據(jù)顯示，在宇宙歷史的早期就存在超大質(zhì)量黑洞。我們?cè)诖蟊ê蟛坏?億年就發(fā)現(xiàn)了龐然大物，其中一個(gè)在4.7億年這其他為4億;有趣的是，后一個(gè)黑洞的質(zhì)量，大約160萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)，似乎等于圍繞它旋轉(zhuǎn)的嬰兒星系的質(zhì)量。

這強(qiáng)烈暗示了黑洞形成的另一種機(jī)制：巨大的物質(zhì)云直接坍縮成黑洞，而沒(méi)有首先成為恒星。

根據(jù)Silk和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的分析，這意味著它們可能很早就存在，與嬰兒星系共存并刺激其生長(zhǎng)。隨著云的中心部分坍縮成黑洞，云的剩余外圍成為形成嬰兒恒星的材料。

這是因?yàn)楹诙吹奈桂B(yǎng)過(guò)程會(huì)掀起強(qiáng)大的風(fēng)和高速等離子體射流，撕裂周?chē)目臻g，壓縮其中的恒星形成氣體并引發(fā)恒星形成的強(qiáng)烈波。

“我們認(rèn)為黑洞流出粉碎了氣體云，將它們變成了恒星，并大大加快了恒星形成的速度。絲綢 說(shuō).

“我們無(wú)法看到這些猛烈的風(fēng)或噴流，但我們知道它們一定存在，因?yàn)槲覀冊(cè)谟钪嬖缙诰涂吹搅嗽S多黑洞。

未來(lái)的觀測(cè)應(yīng)該有助于天文學(xué)家確定這個(gè)模型的準(zhǔn)確性，并進(jìn)一步完善它。

但就目前而言，先有雞還是先有蛋的問(wèn)題似乎過(guò)于簡(jiǎn)單化了：它不是非此即彼，而是兩者兼而有之，將早期宇宙的湯轉(zhuǎn)化為光榮的星系群，每個(gè)星系都由一個(gè)黑洞提供動(dòng)力，在我們所能看到的宇宙中令人眼花繚亂。

該研究已發(fā)表在天體物理學(xué)雜志快報(bào).

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