类星体艺术家想象图
文：莫心海
自一年前韦伯望远镜升空以来，天文学家借助其超高的分辨率发现了很多当今宇宙学无法解释的天体，比如年轻而又成熟的理论上不应该存在的星系和黑洞，这些发现越来越多，对人们对宇宙的固有认知产生了极大的冲击。
2023年8月22日科学杂志在其网上发表了一篇文章，介绍了韦伯发现的迄今为止所见过的最遥远、最早的类星体，其年龄不到10亿年，现在的宇宙学理论无法解释它是如何形成的。
类星体是宇宙中最明亮的天体，现在的理论认为它由星系中心的超大质量黑洞提供动力。当这些黑洞吸入物质，使其因摩擦而变得白热，并发出足够明亮的光，足以在整个宇宙中看到。天文学家认为黑洞是在早期星系中随着巨型恒星的塌缩和合并而逐步形成的，但在宇宙年龄不到 10 亿年时检测到的类星体对这一想法提出了挑战。“我们已经很担心了，”麻省理工学院的安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯说。新的一颗被称为 UHZ-1 的恒星在宇宙年龄不到 4.5 亿年时就爆发了，它使这种假设站不住脚。
UHZ-1 的不但年轻，与周围的星系相比，它的黑洞是如此之大，如果宇宙年龄真的像现在理论认为的是138亿年的大爆炸所诞生，它不可能在星系的中心缓慢演化，而一定是通过完全不同的过程快速形成的。
UHZ-1 最初被视为韦伯太空望远镜拍摄的图像中的一个微小光点，该图像显示的是距离地球 40 亿光年的巨型星系团。巨大星团的引力像一个巨大的透镜一样弯曲光线，放大其后面更遥远的物体，使它们更容易研究。一些放大的点似乎是宇宙年龄不到 5 亿年时的星系——这是有史以来看到的最早星系之一。
为了了解这些候选星系中是否有类星体存在，观察者利用 NASA 的钱德拉太空天文台观测了该区域，该天文台可以探测到 X 射线，这是类星体最可靠的特征。“有一个物体很突出，”普林斯顿大学的团队成员安迪·古尔丁说。X光片显示“它正在蓬勃发展”。
X射线亮度表明，吸积黑洞的质量大约是太阳质量的4000万倍。然后，研究小组返回 JWST，以确保类星体与原始图像中显示的一样早。通过分析宇宙膨胀导致其光谱中的某些特征向更长、更红的波长移动的程度，他们证实他们在大爆炸后 4 亿至 4.5 亿年之间看到了类星体。
朴茨茅斯大学的丹尼尔·惠伦（Daniel Whalen）表示：”这个黑洞太大、太早，无法用传统图像来解释。 这种理论认为在大爆炸后不久，当时弥漫在宇宙中的神秘暗物质团吸收了原始气体——主要是氢和氦。这些气体合并成巨大的“第三族”恒星，这些恒星迅速燃烧掉所有燃料并坍缩成质量最多为太阳数百倍的黑洞。这些早期黑洞将成为未来超大质量黑洞的“种子”。它们会通过吸积更多的气体而生长，与其他种子合并，并吸引恒星在它们周围形成一个星系。
一些理论家已经怀疑这种逐步过程能否产生最早的类星体，并且需要更大的种子。确认 UHZ-1 距离的相同光谱表明他们是正确的。它使天文学家能够估计星系的质量：是太阳质量的 1.4 亿倍，只是其中心黑洞质量的几倍。相比之下，后来在宇宙历史中看到的类星体与它们的星系相比就显得相形见绌了，质量仅为 0.1% 甚至更少。与它的宿主星系相比，类星体在大爆炸后这么快就变得如此之大，它一定已经领先了。Whalen 表示，UHZ-1 并没有给轻质种子“敲响最后一根钉子”。“但你真的不可能用第三族恒星形成这个。”
马克斯·普朗克天文研究所的梅兰妮·哈布齐特说：“我们需要更多的观测，而且他们肯定会来寻找如此迷人的来源。”
参考资料：
https://www.science.org/content/article/giant-black-hole-formed-puzzlingly-fast-dawn-cosmos
- 哈勃发现遥远宇宙中的正在合并的双类星体
- 韦伯望远镜发现类星体周围正在形成宇宙网络结点
- 双类星体揭示遥远宇宙中星系对撞
- 科学家发现最遥远的拥有强大喷流的类星体
- 宇宙怪物“类星体”---宇宙中最大、最亮、最老的天体！
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来源:正见网
