JWST揭示了黑洞和星系形成的驚人轉折

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

隨著物質開始冷卻并凝聚,隨后生活大爆炸,它把自己排列成我們在138億年歷史的大部分時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中的恒星,我們稱之為星系,它們圍繞著一個超大質量旋轉黑洞在他們的中心。

傳統上,人們認為恒星和星系首先出現在這里。但是,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)收集的早期宇宙數據的一項新分析表明,實際上,黑洞和星系是一起出現的,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,但現在最大的驚喜是它們也存在于宇宙的開始,幾乎就像早期星系的基石或種子。天文學家約瑟夫·西爾克說美國約翰霍普金斯大學和法國索邦大學。

“他們真的推動了一切,就像恒星形成的巨大放大器一樣,這是我們以前認為可能的一次徹底轉變 - 以至于這可能會完全動搖我們對星系如何形成的理解。

關于早期宇宙,我們還有很多不了解的地方,原因很簡單,我們看不到它。當物質在最初的 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。

我們認為我們對事情的處理相當不錯。但是,在過去十年左右的時間里,我們開始找東西這與科學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JWST出現時,它表明這些大東西要多得多,發(fā)現得更早,比我們想象的要好。

超大質量黑洞提出了一個特殊的問題,因為一些黑洞是由恒星形成的。當一顆特別大的恒星死亡時,它的核心會坍塌,剩下的是一個質量約為太陽質量50倍的黑洞。

更大的黑洞可以從這些對象之間的碰撞...但超大質量黑洞的質量是太陽質量的數百萬到數十億倍。如果這些物體是從地面開始形成的,那確實需要很長時間,而恒星需要首先出現。

JWST數據顯示,在宇宙歷史的早期就存在超大質量黑洞。我們在大爆炸后不到5億年就發(fā)現了龐然大物,其中一個在4.7億年其他為4億;有趣的是,后一個黑洞的質量,大約160萬個太陽,似乎等于圍繞它旋轉的嬰兒星系的質量。

這強烈暗示了黑洞形成的另一種機制:巨大的物質云直接坍縮成黑洞,而沒有首先成為恒星。

根據Silk和他的團隊進行的分析,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。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。

這是因為黑洞的喂養(yǎng)過程會掀起強大的風和高速等離子體射流,撕裂周圍的空間,壓縮其中的恒星形成氣體并引發(fā)恒星形成的強烈波。

“我們認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.

“我們無法看到這些猛烈的風或噴流,但我們知道它們一定存在,因為我們在宇宙早期就看到了許多黑洞。

未來的觀測應該有助于天文學家確定這個模型的準確性,并進一步完善它。

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

該研究已發(fā)表在天體物理學雜志快報.

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