JWST揭示了黑洞和星系形成的惊人转折

宇宙的开始一直是一个先有鸡还是先有蛋的问题。恒星和星系是最早形成的吗,有黑洞在他们中间慢慢凝聚?还是黑洞出现在第一个星系之前?

随着物质开始冷却并凝聚,随后生活大爆炸,它把自己排列成我们在138亿年历史的大部分时间里观察到的形状和物体。今天,我们看到这些物体是排列在引力束缚系统中的恒星,我们称之为星系,它们围绕着一个超大质量旋转黑洞在他们的中心。

传统上,人们认为恒星和星系首先出现在这里。但是,詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)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,并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的开始,几乎就像早期星系的基石或种子。天文学家约瑟夫·西尔克说美国约翰霍普金斯大学和法国索邦大学。

“他们真的推动了一切,就像恒星形成的巨大放大器一样,这是我们以前认为可能的一次彻底转变 - 以至于这可能会完全动摇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 亿到10亿年大爆炸后,恒星和星系之间厚厚的气体雾霾使空间变得不透明。

我们认为我们对事情的处理相当不错。但是,在过去十年左右的时间里,我们开始找东西这与科学家建立的模型不一致。就像黑洞和星系一样,它们比我们想象的要大得多。当JWST出现时,它表明这些大东西要多得多,发现得更早,比我们想象的要好。

超大质量黑洞提出了一个特殊的问题,因为一些黑洞是由恒星形成的。当一颗特别大的恒星死亡时,它的核心会坍塌,剩下的是一个质量约为太阳质量50倍的黑洞。

更大的黑洞可以从这些对象之间的碰撞...但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,而恒星需要首先出现。

JWST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5亿年就发现了庞然大物,其中一个在4.7亿年其他为4亿;有趣的是,后一个黑洞的质量,大约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:巨大的物质云直接坍缩成黑洞,而没有首先成为恒星。

根据Silk和他的团队进行的分析,这意味着它们可能很早就存在,与婴儿星系共存并刺激其生长。随着云的中心部分坍缩成黑洞,云的剩余外围成为形成婴儿恒星的材料。

这是因为黑洞的喂养过程会掀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恒星形成的强烈波。

“我们认为黑洞流出粉碎了气体云,将它们变成了恒星,并大大加快了恒星形成的速度。丝绸 说.

“我们无法看到这些猛烈的风或喷流,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这个模型的准确性,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:它不是非此即彼,而是两者兼而有之,将早期宇宙的汤转化为光荣的星系群,每个星系都由一个黑洞提供动力,在我们所能看到的宇宙中令人眼花缭乱。

该研究已发表在天体物理学杂志快报.

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