韦布望远镜发现疑似首批恒星遗迹

或为宇宙最早恒星坍缩前的迹象

一项新研究指出，詹姆斯韦布空间望远镜观测到的微小红点可能是宇宙中首批巨型恒星，其寿命极为短暂，这一发现对现有理论提出了挑战。

詹姆斯韦布空间望远镜巡天观测中发现的一组小红点（以圆圈标出）。 （图片来源：班哲正汤姆孙）

天文学家可能已发现证据表明，詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）观测到的部分神秘小红点并非如先前所推测的黑洞，而可能是宇宙早期形成的巨型恒星。

该团队通过构建一种简化的古老超大质量恒星模型——即宇宙中首批超大质量黑洞可能的前身天体——取得了这一发现。

小红点在宇宙诞生后的最初20亿年中存在，是詹姆斯韦伯空间望远镜（JWST）最令人惊讶的发现之一。天文学家最初提出，这些紧凑的红色天体可能是活动星系核（AGNs），即由正在快速吸积物质的黑洞驱动的大星系。

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但相关证据并不明确。这些天体极其微小——比典型星系的尺寸还要小。截至目前，它们尚未观测到明显的X射线辐射，而X射线辐射通常是活跃吸积黑洞的主要特征。其光谱中除氢和氦之外，也未发现显著的金属发射线，表明周围气体可能化学成分较为原始，与通常围绕活跃吸积黑洞所见的富金属环境有所不同。

这促使哈佛大学与史密松天体物理中心（CfA）的德维什南达尔和阿维勒布探索另一种可能性：这些致密天体是否实际上是正处于坍缩为黑洞前一刻的超大质量恒星？

如果这些微小的红色光点目前没有X射线辐射，也不显示任何其他金属谱线，而超大质量恒星确实能够形成并存在，那么我们已证明这类恒星将自然产生这些微小红色光点所呈现的特征。哈佛史密松天体物理中心博士后研究员、该研究第一作者南达尔向《生活科学》表示：我们首次认为，所观测到的并非某颗恒星早已消亡后留下的遗迹信号。

该团队的研究成果发表于《天体物理学杂志》。

怪物祖先

超大质量恒星——南达尔及其同事此前称之为怪物恒星——是主要由原始气体（主要是氦和氢）在早期宇宙中形成的极高质量恒星。它们被归类为第一代恒星，即第三星族恒星。一些模型表明，这些早期恒星的质量可能达到太阳的数千至一百万倍。当这些恒星死亡时，会转变为超大质量黑洞。

为解释小红点的极端明亮特性，天文学家构建了一个无金属的超大质量恒星详细模型，其质量接近百万倍太阳质量。研究团队将模拟结果与两个名为MoMBH1和TheCliff的小红点的观测特征进行了比对。这两个天体分别位于宇宙年龄约为6。5亿年和18亿年的时期。该超大质量恒星模型不仅成功再现了它们的极端亮度，还吻合其光谱中若干关键特征（即它们所发射的不同波长的光）。

小红点的一个独特特征是其光谱中呈现出明显的V形凹陷。一些解释认为，这种形状源于尘埃对光线的吸收，从而使得天体呈现出偏红的外观。

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早期宇宙中一颗超大质量恒星的示意图。（图片来源：詹姆斯韦布空间望远镜（背景），南达尔等人（插图））

根据新模型，这种形状是由恒星的大气层（即其外层）产生的。因此，造成该效应的并非尘埃对光线的改变，而是恒星自身的大气层。

如果超大质量恒星确实存在——我们认为它们是存在的，因为第三星族星应当真实存在——那么一个小红点恰恰是它们最理想的藏身之处。南达尔说道。

他提出，V形凹陷和偏红的外观也可能与恒星的质量损失有关，其机制在某种程度上类似于太阳的日冕物质抛射。但在这种情形下，恒星抛出的物质会在其周围形成一个致密的壳层状结构。这一质量损失的具体机制尚未完全明确。研究团队正致力于改进恒星外层大气的理论模型，并进一步检验脉动——即恒星有节奏的膨胀与收缩——是否能够将物质从恒星表面抬升出去，从而形成一个分离的气体壳层；该壳层冷却后会使恒星发出的光整体偏红。

这项研究作为一项理论探讨是行之有效的，未参与该研究的朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所高级讲师丹尼尔惠伦向《生活科学》杂志表示，它表明，一颗超大质量恒星可以再现部分‘小红点’光谱的特征。

天文学家估计，如此大质量的恒星仅能保持明亮约10000年。若其质量较小——介于1万至10万倍太阳质量之间——则可发光长达百万年。原因很简单：恒星质量越大，核燃料消耗得越快。

如果微小红点是处于坍缩为黑洞前最后阶段的超大质量恒星，那么可供观测的时间窗口就更短了。研究团队指出，正是由于这类天体需要兼具极端质量与极短寿命这两个条件，因此并非所有微小红点都能用这一新模型加以解释。

这是一个极其短暂的时间窗口，惠伦说，这使得很难解释为何会发现大约400到500个红色小点，如果它们的寿命很短的话。

这个还是那个？

另一种关于小红点的主流解释涉及吸积物质的黑洞，这类黑洞可能源于早期宇宙中氢气云的直接坍缩，而无需先形成普通恒星。惠伦对超大质量恒星模型是否优于该黑洞理论持怀疑态度。我看不出它相较于黑洞解释具有明显优势，他指出。

如果这些天体是正在吸积物质的黑洞，那么在某些阶段，我们可能会观测到X射线辐射逸出，南达尔解释道，明确探测到X射线活动将有力支持活动星系核（AGN）的解释。

正在经历混沌吸积或爆发的黑洞，其光度应表现出一定的变化性。然而，迄今为止，在微红点天体中尚未观测到明确的亮度变化。若能探测到某种闪烁现象，则将更支持活动星系核（AGN）活动的解释，从而基本排除超大质量恒星模型，因为此类恒星的辐射输出通常更为稳定。

围绕小红点的详细光谱测量，若能揭示其周围化学物质的丰度，将有助于支持或排除超大质量恒星的物理解释。

答案其实就在成分之中——这种气体由什么构成？南达尔说。此前的模拟研究表明，超大质量恒星通过核反应向周围环境释放大量氮元素。另一方面，强烈的氖发射线则更可能表明存在活动星系核（AGN）活动。

惠兰指出，如果存在黑洞，其产生的X射线可能被周围尘埃完全吸收；而这些黑洞发出的射电波则能够穿透致密的氢云和尘埃，从而逃逸至太空。

这意味着，利用平方公里阵列（SKA）或下一代甚大阵列（ngVLA）等高灵敏度射电观测设施，有望对此作出决定性检验。如果‘小红点’天体确实由被气体尘埃包裹的直接坍缩黑洞提供能量，那么射电波将能够穿透出来，我们便能探测到它们。惠伦表示。

南达尔，D。，与洛布，A。（2026）。超大质量恒星与詹姆斯韦布太空望远镜观测到的微红点的光谱特征相吻合。《天体物理学杂志》，998卷（1期），124页。doi。org10。384715384357ae32f3

黑洞小测验：你对宇宙的了解有多超大质量？

BY: Shreejaya Karantha

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://www.livescience.com/space/astronomy/mysterious-little-red-dots-discovered-by-james-webb-telescope-may-be-the-first-stars-in-the-universe-on-the-verge-of-collapse

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