IT之家 4 月 30 日消息，詹姆斯・韦布空间望远镜（JWST）此前发现了若干神秘的“小红点”，科学家在其中一个红点所在位置探测到了 X 射线信号。这一发现进一步佐证了一种理论：这些红点属于黑洞恒星 —— 由巨大且致密的气体团构成，其内部不断成长的超大质量黑洞为整个气体团提供能量。 据IT之家了解，小红点或许是韦布望远镜迄今为止取得的最重大宇宙学发现，也可能是 1998 年暗能量被发现以来，天文学界最重要的发现。若天文学家对其本质的判断属实，它们将成为一道关键的缺失演化环节，助力解开超大质量黑洞及其周边星系的形成之谜。 科研人员将韦布望远镜对一片包含小红点空域的观测数据，与美国国家航空航天局钱德拉 X 射线天文台对同一片空域的存档观测数据进行比对后，发现了这处全新的 X 射线辐射源。 普林斯顿大学天文学家安迪・古尔丁在声明中表示：“这处 X 射线辐射源早已出现在钱德拉天文台十多年的巡天数据里，但在韦布望远镜观测这片天区之前，我们完全没意识到它的非凡价值。” 钱德拉天文台已在宇宙中识别出数百万个 X 射线源，而编号为 3DHST-AEGIS-12014 的这处辐射源（AEGIS 指全波长延伸格罗特带国际巡天项目），其特殊意义直到被发现与韦布望远镜观测到的一颗小红点位置完全重合后，才得以显现。该 X 射线源的能量级别与类星体相近；类星体是中心存在极端活跃黑洞的星系，通常由星系并合搅动星际气体，促使物质向黑洞坠落而形成。 小红点结构致密，直径最大仅数百光年；同时色泽偏红，意味着整体温度偏低。哈佛大学安娜・德赫拉夫牵头的一项最新研究，在小红点中探测到了水汽，而水汽的存在也印证了其低温特征：温度介于 3092 至 6692 华氏度（1700 至 3700 摄氏度）之间。这个温度对人类而言看似极高，实则低于太阳，也低于绝大多数恒星（仅比质量最小的红矮星更温热）。 此外，小红点距离地球极其遥远，经测算其存在于 120 亿年前，甚至更为久远。哈勃空间望远镜对 3DHST-AEGIS-12014 的光度测量显示，我们如今观测到的这一神秘天体，呈现的是它 118 亿年前的样貌。 小红点的发现，还有望达成韦布望远镜的核心科学目标之一：追溯超大质量黑洞及其宿主星系的起源与演化历程。 超大质量黑洞的诞生机制，一直是困扰天文学家的未解之谜。一种猜想是自下而上形成：超新星爆发产生的恒星级小型黑洞，不断相互合并，最终成长为超大质量黑洞；另一种猜想是自上而下形成：由质量相当于太阳数十万倍乃至数百万倍的巨型气体云直接坍缩而成。 学界目前认为，小红点是包裹着新生超大质量黑洞的巨型气体云，黑洞从气体云内部不断吞噬物质、由内向外蚕食整个气团。黑洞周围旋转的物质释放出热量与能量，再加上带电粒子沿磁场准直喷流挣脱黑洞引力束缚，使得整片气体云发出光亮。 尽管小红点尚不能作为超大质量黑洞自上而下形成的绝对定论，但已为此观点提供了强有力的支撑。而钱德拉天文台的最新发现，进一步夯实了这一假说。 德国马克斯・普朗克天文研究所的拉斐尔・维丁是本次发现相关科研论文的第一作者，他表示：“多年来，天文学家一直试图破解小红点的本质。可以这么说，这单个 X 射线天体，或将帮我们串联起所有相关线索。” 若维丁团队的研究结论成立，这将是首个被探测到释放 X 射线的小红点。普通处于成长阶段的超大质量黑洞（如类星体中心黑洞），会因坠落物质被加热至数百万摄氏度而辐射 X 射线。但普通小红点外围的气体云会阻挡 X 射线，使其无法逃逸至宇宙空间，因此通常情况下，我们观测不到小红点的 X 射线辐射。这也让 3DHST-AEGIS-12014 显得格外特殊。 德赫拉夫称：“找到这颗与众不同的小红点，为我们探究其能量来源提供了全新的重要线索。” 为何我们能观测到 3DHST-AEGIS-12014 释放的 X 射线？学界提出一种过渡天体假说：它正处于演化中间阶段，一端是诞生于小红点内部的超大质量黑洞，另一端是活跃星系中心不断壮大、无气体云包裹的“裸露”超大质量黑洞。在小红点内部，黑洞由内向外吞噬气体云，最终会在气团上形成空洞，如同通往红点核心与潜伏黑洞的“窗口”，X 射线便经由这些窗口向外逃逸。 此外，尽管因距离遥远，该天体的 X 射线信号十分微弱，但钱德拉的观测数据表明，3DHST-AEGIS-12014 的 X 射线亮度或许存在变化。原因可能是巨型气体云持续旋转，大小不一的辐射窗口依次转向地球观测视角。 目前，钱德拉发现的这处与韦布小红点对应的 X 射线源，真实身份仍未最终敲定。有一种小众可能性：它是被特殊高温尘埃包裹的超大质量黑洞。但这类特殊尘埃从未在宇宙中被发现过，因此该推测可能性极低。 普林斯顿大学的刘汉普表示：“若我们证实这处 X 射线源属于演化过渡阶段的小红点，它不仅是同类天体中的首例，更将让人类首次窥见小红点的核心内部结构。同时，这也将成为迄今最有力的证据，证明超大质量黑洞的成长，是部分乃至全部小红点形成演化的核心驱动力。” 一旦该假说得到证实，小红点将补齐星系与超大质量黑洞形成演化拼图中的关键一环，帮助天文学家厘清银河系等星系的早期演化历史。自埃德温・哈勃证实银河系外存在其他星系以来，这一直是天文学界的终极梦想之一。 该项研究成果已于今年 3 月发表在《天体物理学快报》期刊上。
IT之家 4 月 24 日消息，国际天文学家团队通过分析恒星年龄，首次明确了银河系恒星形成盘的外缘边界。 最新研究显示，银河系绝大部分恒星形成活动发生在距银心约 4 万光年以内区域。而在这一范围之外，恒星虽然仍然存在，但多数并非在当地新近诞生，而更可能是从银河系内部逐步迁移而来。 银河系的盘状结构并非均匀生长。星系以“由内向外”的模式演化：恒星形成活动从致密的银心区域开始，逐渐向外扩张。这一过程意味着，通常情况下，距银心越远的地方恒星越年轻。 研究团队分析了超过 10 万颗巨星的年龄与距离数据，并结合先进的星系演化计算机模拟，发现了一个 U 形的恒星年龄分布模式。在距银心约 3.5 万至 4 万光年范围内，恒星平均年龄随距离增加而下降的趋势发生反转，开始随距离增加而上升，形成一个年龄最小值。该年龄最小值与恒星形成效率的急剧下降相吻合，从而被确认为银河系恒星形成盘的物理边界。 “银河系恒星形成盘的延伸范围一直是银河考古学中悬而未决的问题。通过绘制恒星年龄在盘面上的变化图谱，我们现在得到了一个清晰且量化的答案。”论文第一作者、现任职于因苏布里亚大学的卡尔 · 菲泰尼博士表示。 为了排除其他银河系结构的干扰，研究团队聚焦于在主盘面上运行、轨道接近圆形的恒星，以此锁定盘面“由内向外”生长的信号。团队采用了来自 LAMOST 和 APOGEE 光谱巡天的数据，并结合了盖亚卫星的高精度测量结果。 论文合著者、马耳他大学的约瑟夫 · 卡鲁阿纳教授表示：“现有的数据使得日益精确的恒星年龄能够成为解码银河系历史的强大工具，这开启了关于我们家园星系发现的新时代。” 在恒星形成边界之外，仍能观测到大量恒星的存在。研究指出，这些恒星并非在当前位置诞生，而是通过一个称为“径向迁移”的过程抵达的。恒星在与银河系旋臂的引力波相互作用中，逐渐向外迁移，类似于冲浪者被海浪推向岸边，经历漫长时间驶向银盘外围。 “关于外盘恒星的一个关键点是，它们运行在接近圆形的轨道上，这意味着它们必然是在盘内形成的。”论文合著者、兰开夏大学的维克多 ·P· 德巴蒂斯塔教授解释说，“这些恒星并非由落入银河系的卫星星系散射到大半径处。” 支持径向迁移理论的一个关键证据在于 —— 距离边界越远的恒星年龄越老，因为恒星需要足够长的时间才能迁徙到更远的位置。这些恒星在迁移过程中维持着接近圆形的轨道，排除了它们因星系碰撞等剧烈事件而被抛射到外围的可能性。径向迁移是一个缓慢、随机的过程，恒星在不同时间捕获不同的旋臂波，反向年龄梯度正是这一机制的必然结果。 至于为何恒星形成活动在大约 3.5 万至 4 万光年这一特定半径处急剧下降，目前尚不清楚。主要推测包括银河系中心棒结构的引力影响，可能导致气体在特定半径处积聚；或者是银河系外围的翘曲结构，盘面的弯曲可能破坏了气体坍缩形成恒星所需的条件。 为了验证这一 U 形模式是否确实是高效恒星形成区域的边界，研究人员利用最先进的星系模拟进行了验证。来自上海交通大学的论文合著者若昂 ·A·S· 阿马兰特博士解释了超级计算机模拟在其中的作用：“在本次研究中，这些模拟帮助我们展示了恒星迁移如何塑造星盘的年龄分布，从而让我们识别出银河系恒星形成区域的终点。” 随着 4MOST 和 WEAVE 等下一代巡天项目提供更高精度的数据，天文学家将能够进一步细化这些测量，并有望确定是哪些物理机制定义了银河系恒星形成盘的边界。这项研究也标志着长期以来难以精确测量的恒星年龄，已成为银河考古学中一项强有力的工具。 IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558144
IT之家 4 月 13 日消息，几十年来，天文学家只能借助理论模型研究宇宙中最早诞生的恒星。如今，詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST）的观测结果，为这些古老的“第三星族星”提供了迄今为止最具说服力的证据。研究发现，它们聚集在一个宇宙大爆炸仅 4 亿年后就形成的小型伴天体周围。 这一发现已刊载于两篇配套研究论文中，两篇预印本均发布在 arXiv 服务器上：一篇由剑桥大学的罗伯托 · 马约利诺领衔，另一篇则由佛罗伦萨大学的埃尔卡 · 鲁斯塔主导。若该发现得到证实，将为人类打开一扇直接观测早期宇宙环境的窗口，并有助于解释初代恒星如何塑造了后续宇宙中的一切天体。 初代恒星 据IT之家了解，与如今的恒星不同，第三星族星由近乎纯净的氢和氦气体云形成，彼时碳、氧、铁等重元素尚未在恒星内部通过核合成产生。天文学家认为，这类恒星质量极大、温度极高，仅用几百万年就燃尽自身燃料 —— 在宇宙时间尺度上不过是转瞬即逝。此后，它们会以剧烈超新星爆发的形式消亡，为重元素播撒至下一代恒星中奠定基础。 2024 年，马约利诺及其团队在 GN-z11 星系的晕轮中发现了一个异常信号。GN-z11 是目前已知早期宇宙中最明亮的星系之一。研究团队借助韦布望远镜搭载的近红外光谱仪 NIRSpec-IFU，在距离主星系仅 3 千秒差距处、一个名为“赫柏”的小型伴天体上，探测到一条微弱的发射谱线。 这条谱线与双电离氦的特征完全吻合，而产生该信号需要能量极高的辐射。加之光谱中未检测到任何重元素，研究团队提出，第三星族星是最合理的辐射来源，尽管此前人类从未直接观测到过这类古老恒星。 进一步观测 凭借 NIRSpec-IFU 的高分辨率观测能力，马约利诺团队现已证实这条氦信号真实存在，并将其解析为两个独立的组成部分。 在另一项独立研究中，鲁斯塔团队在同一位置探测到氢发射谱线，为该天体的身份认定提供了第二个关键依据。两项研究均未在辐射信号中发现重元素存在的证据。 随后，鲁斯塔团队通过理论建模，利用观测到的赫柏天体氦氢比例，推算出这些初代恒星的大致质量范围。分析结果显示，这些恒星的质量分布偏向大质量恒星，多数质量约为太阳的 10 至 100 倍，这与相关预测一致， 即早期宇宙尚未被重元素富集时，诞生的初代恒星温度高、质量大。 尽管天文学家仍需更多观测，才能深入了解这些古老恒星的演化历程，但这些相互印证的研究结果，已是目前证明其真实存在的最清晰证据之一。在此基础上，天文学家或将很快揭开更多塑造当今宇宙结构的起源奥秘。