凯发app|校长也风流|“裸露”的孤身黑洞重写宇宙历史

　　宇宙开发ღ✿，凯发官网首页ღ✿！凯发k8一触即发ღ✿！空间望远镜在早期宇宙中发现了一个重达5000万个太阳的孤独黑洞ღ✿。这一重大的发现让幼年宇宙的理论陷入困境ღ✿。

　　一个超级黑洞——在James Webb空间望远镜的这幅图像中可以看到三次——神秘地出现在早期宇宙中ღ✿，并且没有星系环绕着它ღ✿。

　　完全不同以往的一个黑洞在早期宇宙中被看到ღ✿。它是巨大的凯发appღ✿，看起来基本上是独自一个ღ✿，没什么恒星围绕着它ღ✿。这个家伙可能代表着一整类全新的庞大“裸露”黑洞ღ✿，颠覆了幼年宇宙的教科书式理解ღ✿。

　　“这简直就离谱ღ✿，” 剑桥大学天文物理学家质Roberto Maiolino说道ღ✿，他在8月29日公布的一篇预印本文章中协助揭示了这一物体的本质ღ✿。“这太激动人心了ღ✿。它带来了海量信息ღ✿。”

　　“它把我们认为可能是对的ღ✿、可能会发生的事情的边界往外拓展了ღ✿，”科尔比学院天文学家Dale Kocevski称ღ✿。他没参与到这一新研究中ღ✿。

　　天文学家探明这一裸露黑洞使用的是James Webb 空间望远镜（简称JWST）——由美国航空航天局及其合作伙伴建造的一台巨型设备ღ✿，其部分目标在于揭示星系如何在宇宙的前十亿年里形成ღ✿。这一重达5000万个太阳的新黑洞被命名为QSO1ღ✿。它与星系形成过程的旧的暂行描述是冲突的校长也风流ღ✿，因为这一描述不从黑洞出发ღ✿。黑洞被认为是星系中的恒星发生引力坍缩而形成的ღ✿，并接着并合与生长凯发appღ✿。可是Maiolino及其同事刻画的是一个独处的巨兽凯发appღ✿，没有母体星系在视野里ღ✿。

　　最激动人心——也最具争议性——的一种可能可以追溯到英国物理学家Stephen Hawking 1971年的一个提议ღ✿：黑洞起源于大爆炸本身产生的原初混沌之中ღ✿。在此情形下ღ✿，该物体会从宇宙的早期阶段开始就处在黑暗之中ღ✿，等待着恒星和星系来照亮它ღ✿。

　　QSO1是JWST最初几年里朝过往的最深处凝视时发现的数百个绰号为“小红点”的形似物体之一ღ✿。天体物理学家还不能断定这些点是不是全都是黑洞ღ✿，并且一般来说他们对宇宙的混沌幼年时期仍然困惑不解ღ✿。不过望远镜的这些快照呈现出一个既同时又分别制造大黑洞和星系的嘈杂幼年宇宙ღ✿，甚至可能是黑洞作为大结构最先出现——像是在一杯本来均匀调配的宇宙茶里的黑暗木薯泡——的一个宇宙ღ✿。

　　QSO1和其它的小红点“说明我们并没有知晓一切”ღ✿，爱尔兰梅努斯大学理论家John Regan说道ღ✿，“这真的让人激动ღ✿，整个领域都为之振奋起来ღ✿。”

　　以色列本·古里安大学天文学家Lukas Furtak看到QSO1的那一刻——或者说他在JWST 2023年拍下的一幅图片中看到它的三个影像隐藏在少量斑点状白色星系里的那一刻——就知道它是非比寻常的ღ✿。它“立马就脱颖而出了ღ✿，”Furtak通过Zoom说道ღ✿，点击着三个近乎察觉不到的红色斑点ღ✿，“有三个红色点源ღ✿，这儿一个ღ✿，这儿一个ღ✿，还有一个在这上面ღ✿。”

　　在这幅图片中ღ✿，星系和暗物质的偶然分布让光线从背景物体传播过来时会发生偏折ღ✿，就跟玻璃透镜一样ღ✿；这一“引力透镜”使得望远镜可以看到早期宇宙里更遥远的ღ✿、原本看不到的物体ღ✿。这种透镜会放大并拉伸其背后的事物ღ✿，有时还会生成多个影像ღ✿。Furtak在为被透镜投影到多个位置的香蕉状星系片层绘制图像时ღ✿，一下就发现了QSO1的这三个红点ღ✿。

　　这些红点吸引了他的注意力是因为它们没有出现拉伸的迹象ღ✿。他知道ღ✿，哪怕在拉伸之后看起来仍然像一个小圆点的唯一物体是一个更小ღ✿、更圆的点ღ✿。这可不是星系ღ✿，他认为ღ✿；它必然是一个黑洞ღ✿，质量聚集得如此致密使得其引力在周围生成了一个无法逃脱的空间区域ღ✿。

　　在接下来的六个月里ღ✿，Furtak与合作者将JWST朝着三个红点中的每一个分别观察了40小时ღ✿，以对来自该物体的光的颜色——也就是所谓光谱——加以统计ღ✿。这项研究得出结论ღ✿，QSO1极可能是在至多100光年跨度的范围内堆积了数千万个太阳质量的一个炽热黑洞ღ✿，并在它出现于宇宙仅仅7.5亿年时被看到ღ✿。（如今宇宙已经接近140亿年了ღ✿。）

　　2021年升空的James Webb空间望远镜已经在早期宇宙中发现了数以百计的奇特黑洞和星系校长也风流ღ✿，揭示出宇宙历史上混沌的最初10亿年ღ✿。

　　QSO1是最早发现的一批小红点之一ღ✿。这种红点现在已经有超过300个了ღ✿，并且一场关于其本质的激烈争论已经进行了两年ღ✿。它们有着炽热黑洞的某些典型特征ღ✿，但缺乏其它的ღ✿。并且（到目前为止）对它们质量的估计还是有些间接ღ✿。因此ღ✿，一些天体物理学家辩称——比如8月份一个小组对100多个小红点所做的分析——这些物体其实只是看起来奇怪的星系而已ღ✿，根本不包含黑洞ღ✿。

　　2024年12月ღ✿，Maiolino与如今在Max Planck地外物理研究所的Hannah bler及其他合作者又将JWST对准了QSO1 10个小时ღ✿。他们将红点放大ღ✿，直到它解析成像素化的斑点ღ✿，然后测量来自每个像素点的特定颜色ღ✿。借助这些光谱ღ✿，他们计算出每个像素点上的物质朝向或远离我们移动的速度ღ✿。这些科学家们发现明亮的物质——很可能是热气体——盘旋在一个狂暴的漩涡里ღ✿，从而支持了Furtak的初步发现ღ✿。

　　他们更近距离的观察在五月和八月公开的两篇预印本文章里有细致的描述ღ✿，并确切无疑地揭示了QSO1的身份ღ✿。

　　一条线索是它的质量ღ✿。通过重构漩涡凯发appღ✿，该团队直接测量出了它所围绕的物体的质量ღ✿：比我们太阳的质量超出5000万倍ღ✿。这与Furtak及其合作者得出的结果是相符的ღ✿。（这一结果本身也是一个巨大的进步ღ✿：它表明基于整个物体光谱的简易而间接的质量测量对于年轻黑洞而言是可行的ღ✿，而这一点一直有争议ღ✿。）

　　目前已经有超过300个“小红点”被发现ღ✿。它们是早期宇宙中的神秘物体ღ✿，看起来在某些方面像是巨大的炽热黑洞ღ✿，在其它方面又像是独特的星系ღ✿。

　　此外ღ✿，团队没有在QSO1周围发现任何发光星系的迹象ღ✿。气体围绕中心像素点运转ღ✿，就跟地球围绕太阳一样——这表明质量堆积到了一个点上ღ✿。团队估算出黑洞至少占据了QSO1三分之二的质量校长也风流ღ✿，而剩下的三分之一是气体ღ✿，可能还有少量的恒星凯发appღ✿。没有参与这项研究的Regan认为他们过于保守了ღ✿，QSO1可能90%是黑洞ღ✿。“我们此前从未见过这种物体ღ✿，”他说凯发appღ✿。

　　最后ღ✿，逐像素的光谱还揭示出围绕着黑洞的气体基本上是纯氢元素ღ✿，从大爆炸起就存在的一种元素ღ✿。恒星通过将氢聚变成重原子而发光ღ✿，而当恒星爆炸时ღ✿，它们会把这些重元素散布到各处ღ✿。QSO1看起来是在周围还没有恒星形成和消亡时就达到了现在的状态ღ✿。

　　“最可靠的解释看起来是黑洞在星系之前就出现了ღ✿，”巴黎天体物理研究所理论家Marta Volonteri称ღ✿。他参与了QSO1的这一全新分析ღ✿。

　　眼下天体物理学家的首要任务是理解QSO1与它的同类是如何形成的ღ✿，以及它们如何演变成如今位于发光星系中心的超大质量黑洞ღ✿。超大质量黑洞可以重达数十亿个太阳质量ღ✿，在宇宙最初十亿年末就锚定着星系ღ✿。

　　超大质量黑洞很久以来就困惑着天体物理学家们ღ✿。他们知道星系中的大型恒星在燃烧和死亡时会生成黑洞ღ✿。这些恒星遗骸会合并ღ✿，还会吞噬气体和尘埃ღ✿，从而不断长大ღ✿。常规的理解是ღ✿，这一生长最终会在星系中心形成一个巨大的黑洞ღ✿。问题在于ღ✿，所有这些吞噬和合并过程都需要时间ღ✿，而天体物理学家很难想象这一切如何发生地足够快ღ✿，来产生在宇宙十亿年时的超大质量黑洞ღ✿。因此理论家们花了数十年想出了一系列关于它们形成方式的另类理论ღ✿。

　　以色列本·古里安大学天文学家Lukas Furtak在一片明亮的白色星系中立刻注意到了QSO1ღ✿。

　　所以宇宙到底如何直接生产出巨型黑洞？Maiolino的团队倾向于Hawking的提议ღ✿。大爆炸产生出一个婴儿宇宙ღ✿，它在某些位置比其它的更加稠密ღ✿。足够稠密处可以直接坍缩成黑洞ღ✿，并接着吞噬周围的任何物质来继续生长ღ✿。过了数亿年后ღ✿，这些“原初”黑洞中的一些可能会达到巨大的规模——从而表现得很像QSO1ღ✿。

　　“它是我看到的最合理的解释ღ✿，”Volonteri说道ღ✿，不过“我敢担保接下来六个月里会有一千个人提出另外的理论来ღ✿。”

　　他们其实用不着等六个月ღ✿。甚至在QSO1被发现之前ღ✿，耶鲁大学理论天体物理学家Priyamvada Natarajan与合作者就已经公布了两种可以解释QSO1来源的非原初理论ღ✿。

　　不少理论都可以解释QSO1的神秘来源ღ✿。耶鲁大学理论家Priyamvada Natarajan协助发展了其中的一些ღ✿。

　　第一种理论假定大爆炸会产生稠密处ღ✿，但它们不会立即坍缩ღ✿。相反ღ✿，它们会在数十万年里演变成气体云ღ✿。大爆炸的残留辐射会阻止这些云冷却及断裂成恒星ღ✿，并会让它们变得足够重ღ✿，进而直接坍缩成黑洞ღ✿。在六月公布的一篇文章中ღ✿，由纽约大学的Wenzer Win领导的研究者称这些稍晚成形的巨兽为“不完全原初”黑洞ღ✿。

　　也有可能QSO1终究来自于一个星系——一个快速形成ღ✿，制造出一个大黑洞ღ✿，又消失了的星系ღ✿。2014年ღ✿，Natarajan和以色列魏茨曼科学研究院的Tal Alexander描述了一种方案ღ✿，其中发光区域里的一颗恒星坍缩成了一个大黑洞ღ✿，接着它像吃豆人一样四处穿梭ღ✿，吸食气体后膨胀到超大规模ღ✿。其它的早期恒星之后会迅速地熄灭ღ✿，留下巨型黑洞孤身一人ღ✿。

　　这些起源故事没有哪一个跟QSO1完全契合ღ✿，尽管每一种都是可能的ღ✿。被基本排除掉的唯一方案是教科书上的那种ღ✿，恒星坍缩ღ✿、合并及吞噬轨道盘气体来生成ღ✿。

　　QSO1并不是JWST找到的第一个非常规黑洞ღ✿，但它是最裸露的那个ღ✿。另一个惊人的发现位于被称作UHZ1的星系内部ღ✿，而它在大爆炸后不到五亿年内形成ღ✿。通过结合JWST的观测与Chandra X-射线年从该物体收集的X-射线ღ✿，Natarajan与合作者确定UHZ1中的黑洞组分也比环绕的星系多校长也风流ღ✿。这一点与少量其它性质让该团队得出结论ღ✿，UHZ1的黑洞是气体云在很大程度上跳过了恒星阶段而直接坍缩生成的——一种对QSO1可能也适用的理论校长也风流ღ✿。

　　天文学家面临的挑战——以及激动之处——在于ღ✿，他们首次面对着宇宙历史上的一个全新时期ღ✿，而理解这一时期的场景是很棘手的ღ✿。Regan将这一情况比作发展关于人类的一套完整理论ღ✿，而仅仅基于成人和青少年——对应于JWST发射前我们能看到的青少年和成熟星系ღ✿。如今观察到小红点就等同于发现了幼儿ღ✿。这些凌乱的新实体让研究者很难基于之前看到的一切予以解释ღ✿。“这是一种完全不同的感觉ღ✿，”他说ღ✿，“它们就像疯子一样四处乱跑ღ✿。”