韦伯发现带有大质量黑洞的早期星系 曾被认为是不可能存在的

恒星形成率和黑洞增长随着红移的减小而发生的转变，从正反馈占主导地位的时期到后期反馈基本为负的时期

这架望远镜的红外探测"眼睛"发现了一系列红色小点，它们被确认为宇宙中最早形成的星系。

这一惊人的发现不仅仅是一个视觉奇迹，它还是一条线索，可以揭开星系及其神秘黑洞如何开始宇宙之旅的秘密。

"詹姆斯-韦伯的惊人发现是，宇宙中不仅有这些非常紧凑的红外明亮天体，而且它们很可能是已经存在巨大黑洞的区域，"JILA 研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理学教授米奇-贝格尔曼解释说。"这被认为是不可能的"。

贝格尔曼和包括约翰-霍普金斯大学天文学教授乔-希尔克在内的其他天文学家组成的研究小组在《天体物理学杂志通讯》上发表了他们的发现，认为需要新的星系生成理论来解释这些巨大黑洞的存在。这项可能具有开创性的研究的第一作者西尔克阐述说："需要一些新的东西来协调星系形成理论与新数据之间的关系。"

星系形成的传统故事

天文学家以前在思考星系是如何形成的时候，曾假定星系是一种有序的演化过程。传统理论认为，星系是在数十亿年的时间里逐渐形成的。在这种缓慢的宇宙演化过程中，恒星被认为首先出现，照亮了原始的黑暗。

贝格尔曼补充说："我们的想法是，从早期的恒星到星系真正成为以恒星为主的星系。然后，在这个过程的末期开始形成这些黑洞。"

这些神秘而强大的超大质量黑洞被认为出现在第一批恒星之后，静静地生长在银河系的核心。它们被视为调节器，偶尔会突然爆发，以抑制新恒星的形成，从而维持银河系的平衡。

挑战传统智慧

得益于 JWST 对"小红点"的观测，研究人员发现宇宙中最早的星系比预期的要明亮，因为许多星系显示恒星与被称为类星体的中心黑洞共存。

"类星体是宇宙中最亮的天体，"西尔克解释说。"它们是气体吸积到星系核中的大质量黑洞上的产物，产生巨大的光度，比它们的宿主星系还要耀眼。它们就像布谷鸟巢中的怪兽。"

看到恒星与黑洞共存，研究人员很快意识到，传统的星系形成理论肯定有缺陷。贝格尔曼说："[这些新数据]看起来[过程]是相反的，这些黑洞与第一批恒星一起形成，然后星系的其他部分随之形成。"我们的意思是说，黑洞的生长一开始会促进恒星的生长。只有到了后来，当条件发生变化时，它才会转变为关闭恒星的模式。"

从这一拟议的新过程中，研究人员发现恒星形成和黑洞形成之间的关系似乎比预期的更密切，因为两者最初都通过一种被称为正反馈的过程放大了对方的增长。

希尔克说："恒星的形成加速了大质量黑洞的形成，反之亦然，暴力、诞生和死亡之间的相互作用密不可分，这是星系形成的新航标。"

然后，经过将近 10 亿年的时间，孕育巨星的星系变得具有压制性，耗尽了星系中的气体库，熄灭了恒星的形成。这种"负反馈"是由于能量守恒的外流--强大的风把气体赶出了星系，使它们失去了创造新恒星所需的物质。

新银河系时间轴

有了黑洞哺育行为的启示，研究人员为早期星系形成过程中从正反馈到负反馈的转变提出了一个新的时间表。通过观察这些"小红点"发出的不同光谱和化学特征，研究人员认为这种转变发生在大约130亿年前，即宇宙大爆炸后10亿年，天文学家将这一时期归类为"z ≈6"。

确定这一过渡纪元有助于天文学家瞄准宇宙历史上的特定时期进行观测。它可以指导未来的观测策略，利用 JWST 等望远镜更有效地研究早期宇宙。此外，通过了解这一转变发生的时间，天文学家可以更好地理解现代星系的特征，包括大小、形状、恒星组成和活动水平。

验证新工艺

为了验证恒星和黑洞之间协同形成星系的新理论，并进一步深入了解其中的过程，需要进行计算机模拟。

贝格尔曼说："这需要一些时间。目前的计算机模拟相当原始，你需要高分辨率来了解一切。这需要大量的计算能力，而且价格昂贵。"

在此之前，天文学界还可以采取其他措施来审查和验证这一新理论。

下一步的工作将是改进观测。JWST研究最遥远星系光谱的全部能力将在未来几年内释放出来。贝格尔曼和西尔克都对他们领域的其他成员采用他们提出的想法表示乐观。

贝格尔曼补充说："据我所知，我们是第一个朝着这个极端方向前进的人。多年来，我和我的合作者们一直在研究黑洞的形成问题。但 JWST 让我们看到，我们还没有跳出框框。"

编译自:ScitechDaily