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詹姆斯韦伯望远镜在古代宇宙中发现了数百个“小红点”。我们仍然不知道它们是什么

2024-09-09 10:38阅读：

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詹姆斯韦伯望远镜在古代宇宙中发现了数百个“小红点”。我们仍然不知道它们是什么

By Fabio Pacucci
published 3 hours ago
Astronomy
这些小星系要么被挤满有恒星要么它们宿主巨大的黑洞。天文学家已经收集的数据继续来困惑他们。
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詹姆斯韦伯望远镜在古代宇宙中发现了数百个“小红点”。我们仍然不知道它们是什么

超大质量
黑洞通过拉进围绕它们的物质生长。(Image credit: NASA/JPL-Caltech)
用美国宇航局的最强大望远镜詹姆斯韦伯太空望远镜探索遥远宇宙的天文学家已经发现了一类挑战在模仿中甚至最熟练的生物的星系--像模仿的章鱼一样。这种生物能冒充其他海洋动物来躲避捕食者。需要成为一只比目鱼吗？没问题。一只海蛇？容易的。
当天文学家分析了宇宙的遥远部分的第一批韦伯图像时，他们发现了一个之前从未见过的星系。这些星系——大约数百个的它们并被称为小红点——是非常红和紧凑的，仅在大约10亿年的宇宙历史期间是可见的。像模仿的章鱼一样小红点困惑着天文学家，因为它们看起来像不同的天体物理天体。它们要么是大质量的重星系，要么是中等大小的星系，每个在它们的中心包含一个超大质量黑洞。
然而，一个东西是肯定的。典型的小红点是小的，有一个仅银河系的2%的半径。有些甚至更小。
作为一个研究遥远星系和黑洞的天文物理学家，我感兴趣理解这些小星系的性质。是什么为它们的光提供动力以及它们是什么，真的？
模仿竞赛
天文学家分析我们的望远镜从遥远星系接收的光来评估它们的物理属性，诸如它们包含的恒星数量。我们能用它们的光的属性来研究小红点，并弄清楚它们是由许多恒星组成的还是在它们内部有一个黑洞。
到达我们望远镜的光波长范围在从长无线电波到高能伽马射线中。天文学家将光分解成不同的频率，并用一张叫光谱的图表可视化它们。
有时，光谱包含发射线，这是更强烈光发射发生的频率的地方。在这个案例中，我们能用光谱的形状来预测星系是否正宿主一个超大质量黑洞并估计它的质量。
类似的，研究来自星系的X射线发射能揭示一个超大质量黑洞的存在。
作为伪装的终极大师，小红点出现为不同的天体物理天体取决于天文学家是否选择来用X射线、发射线还是其他另外的东西研究它们。
天文学家迄今为止已经从小红点的光谱和发射线收集的信息已经导致了两种解释它们的性质的分道扬镳的模型。这些天体要么是包含数十亿颗恒星的极端密的星系要么是它们宿主一个超大质量黑洞。

詹姆斯韦伯望远镜在古代宇宙中发现了数百个“小红点”。我们仍然不知道它们是什么
宇宙中充满无数的星系，韦伯望远镜已经帮助天文学家研究它们中的一些。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI)
两个假设
在仅恒星假说中，小红点包含大量的恒星——高达1000亿颗恒星。这与在银河系中的恒星数量是近似相同的，银河系是一个远更大的星系。
想象独自站在一个宏大的空房间里。这个广阔的安静的空间代表在我们太阳系附近的宇宙区域，在那里恒星被稀疏的散布。现在，想象那个同样的房间，但挤满印度的全体人口。
这个密集的房间就是最密集的小红点的核感觉像的一样。这些天体物理天体可能是在整个宇宙中最密的恒星环境。天文学家甚至不确定是否这样的恒星系统物理上能存在。
然后有黑洞假说。小红点的大多数显示在它们的中心一个超大质量黑洞存在的清楚迹象。天文学家能通过观测在它们的光谱中的大发射线告诉星系中是否有黑洞，被围绕黑洞以高速涡旋的气体创造。
与它们紧凑的宿主星系的大小相比天文学家实际上估计这些黑洞是太大质量的。
黑洞典型的有一个约为它们的宿主星系恒星质量的0.1%的质量。但其中一些小红点拥有一个几乎像它们的整个星系一样大质量的黑洞。天文学家叫这些为过大质量黑洞，因为它们的存在蔑视在星系中典型的观测到的传统比例。
不过，有另一个捉住眼睛的。与普通黑洞不同，在小红点中假定存在的黑洞没有显示任何X射线发射的迹象。甚至在天文学家应该能够来轻松观测这些黑洞的最深、最高能的图像的地方中没有它们的踪迹。
几乎没有解决方案而很多希望
黑洞是太大或过大质量的事实可能对我们理解宇宙不是一个问题，而是在宇宙中第一个黑洞如何被诞生的最好指明。事实上，如果从来形成的第一批黑洞是非常大质量的——大约是太阳质量的10万倍——理论模型提示它们的黑洞质量对宿主星系质量的比率在形成后很长一段时间内可能呆着高的。
如此天文学家如何能发现在时间的开始这些小光点正在照耀的真实性质呢？就像我们的伪装大师章鱼一样，秘密驻在观测它们的行为中。
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用韦伯望远镜和更强大的X射线望远镜来进行额外的观测将最终揭开一个天文学家只能归因到这两种场景之一的特征。
例如，如果天文学家清楚的检测到X射线或无线电发射或者从黑洞可能是的周围发射的红外光，他们就会知道黑洞假说是一个正确的。
就像我们的海洋朋友如何假装成是一只海星一样，最终它将移动它的卷须并揭示它的真实本性。
这篇编辑过的文章在知识共享许可下从The Conversation发表，阅读原文
https://www.livescience.com/space/astronomy/the-james-webb-telescope-found-hundreds-of-little-red-dots-in-the-ancient-universe-we-still-don-t-know-what-they-are

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