宇宙的起源一直是一个先有鸡还是先有蛋的问题。恒星和星系是不是最先形成的?在他们中间慢慢凝聚?或者黑洞是在第一个星系出现之前就出现的吗?
随着物质开始冷却并结合,它自行排列成我们在 138 亿年历史的大部分时间里观察到的形状和物体。今天,我们将这些物体视为排列在我们称为星系的引力束缚系统中的恒星,这些系统围绕着一个超大质量物体旋转在他们的中心。
传统上,人们认为恒星和星系首先存在于此。但对詹姆斯·韦伯太空望远镜收集的早期宇宙数据的一项新分析表明,实际上,黑洞和星系是一起出现的,而且黑洞塑造了围绕它们演化的星系。
“我们知道这些怪物黑洞存在于我们银河系附近的星系中心,但现在最大的惊喜是它们也存在于宇宙之初,几乎就像早期星系的基石或种子,”天文学家约瑟夫·希尔克说美国约翰·霍普金斯大学和法国索邦大学的教授。
“它们确实促进了一切,就像恒星形成的巨大放大器,这完全颠覆了我们之前认为可能发生的事情——以至于这可能会彻底改变我们对星系如何形成的理解。”
关于早期宇宙,我们还有很多不了解的地方,原因很简单,我们看不到它。当物质在最初的 5 亿年里第一次开始聚集时10亿年大爆炸后,恒星和星系之间的浓密气体使太空变得不透明。
我们认为我们对事情的处理相当不错。但后来,在过去十年左右的时间里,我们这与科学家建立的模型不一致。就像黑洞和星系,它们比我们想象的大爆炸以来形成的要大得多。当 JWST 出现时,它表明有更多这样的大事,,超出我们的想象。
由于一些黑洞是由恒星形成的,超大质量黑洞带来了一个特殊的问题。当一颗特别大的恒星死亡时,它的核心就会塌陷,留下的就是一个质量约为太阳质量 50 倍的黑洞。
更大的黑洞可以形成……但是超大质量黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍。如果这些物体是从地面开始形成的,那确实需要很长时间,而且首先需要有恒星存在。
詹姆斯韦伯太空望远镜的数据显示,在宇宙历史的早期就存在超大质量黑洞。我们在大爆炸后不到 5 亿年的时间里就发现了庞然大物,其中之一位于, 这;有趣的是,后一个黑洞的质量约为 160 万个太阳,似乎等于围绕它旋转的婴儿星系的质量。
这强烈暗示了黑洞形成的另一种机制:巨大的物质云直接塌缩成黑洞,而不会首先成为恒星。
根据丝绸和他的团队进行的分析,这意味着它们可能从很早就存在,与婴儿星系共存并刺激其成长。当云的中心部分塌缩成黑洞时,云的剩余外围成为形成婴儿恒星的材料。
这是因为黑洞的进食过程会激起强大的风和高速等离子体射流,撕裂周围的空间,压缩其中的恒星形成气体并引发强烈的恒星形成波。
“我们认为黑洞会流出压碎的气体云,将它们变成恒星,并大大加快恒星形成的速度,”丝绸说。
“我们无法在很远很远的地方看到这些猛烈的风或喷射流,但我们知道它们一定存在,因为我们在宇宙早期就看到了许多黑洞。”
未来的观测应该有助于天文学家确定该模型的准确性,并进一步完善它。
但就目前而言,先有鸡还是先有蛋的问题似乎过于简单化了:它不是一个或另一个,而是两者一起,将早期宇宙的汤变成了辉煌的星系群,每个星系都由一个黑洞,在我们所能看到的整个宇宙中闪闪发光。
该研究发表于天体物理学杂志通讯。