你可能也好奇过,宇宙中是否存在一种既不是恒星、也不是黑洞的“第三种天体”?最近,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)可能真的找到了一个——一个大小仅相当于太阳系、却比普通恒星亮一千亿倍的“点”。

这个发现如果被证实,将是一种全新的宇宙天体,科学家称之为“黑洞星”(black hole star)。它潜伏在宇宙大爆炸后仅6.6亿年的“宇宙黎明”时期,比我们之前见过的任何同类候选体都更古老、更遥远,也因此更有说服力。

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“小红点”之谜

要理解这个发现为什么重要,得先说说天文学界最近几年最头疼的一个谜团——“小红点”(Little Red Dots, LRDs)。

这是韦伯望远镜发现的一批遥远而神秘的红色光点,数量有数百个。它们几乎和宇宙本身一样古老,发出的光比普通恒星亮得多,但又比完全成形的星系暗。简单说,它们“比恒星亮、比星系暗”,卡在中间,让天文学家挠破了头。

这些小红点到底是什么?是早期宇宙中正在疯狂吞噬物质的黑洞?还是某种我们从未见过的致密星体?这个问题至今没有定论,而这次发现的新天体,可能正好提供了关键线索。

一个“太阳系大小”的亮点

这个新发现的天体被命名为MoM-BH*-1,名字来自发现它的韦伯望远镜“奇迹或幻影”(Miracle or Mirage, MoM)巡天项目,加上“黑洞星一号”的缩写。

研究人员在8月12日发表于《自然》(Nature)杂志的研究中报告,这个天体发出的光大约是在大爆炸后6.6亿年时产生的。那时的宇宙,年龄只有现在的约二十分之一。而它的大小,大约相当于我们的太阳系——放在宇宙尺度里,这简直就是一个“点”。

但就是这么一个“点”,亮度却大约是普通恒星的一千亿倍。研究人员提出,这可能是一颗“黑洞星”——一个由致密气体构成的巨大假想球体,中心有一个巨型黑洞,气体被黑洞的引力加热到极高温度,从而发出惊人的光芒。

不是第一个,但可能是最好的证据

这其实不是天文学家第一次提出“黑洞星”候选体。去年,同一批研究团队中的许多人就曾识别出另一个候选体,绰号“悬崖”(the Cliff),它表现出与MoM-BH*-1相似的许多特征。

但研究团队认为,最新的发现是他们迄今“最好的证据”,证明这种从未见过的宇宙天体确实存在。原因很简单:MoM-BH*-1比“悬崖”离我们更远,也就是说它更古老,对于理解这类新天体如何形成,价值也更大。

研究第一作者、夏威夷大学天文学家罗汉·奈杜(Rohan Naidu)在麻省理工学院(MIT)的一份声明中说:“我们对这个天体的认识正在飞速演变。”他还补充说,这个天体“在很多方面都真正独一无二”。

为什么是红色的?

第一个让研究人员觉得MoM-BH*-1不寻常的线索,是它醒目的红宝石色调——它比许多其他“小红点”都要红。

研究合著者、MIT卡夫利天体物理与空间研究所所长罗伯特·西姆科(Robert Simcoe)在MIT的声明中解释了一个常见的推理:“当我们在宇宙中看到非常红的东西时,我们通常会假设它被尘埃包围。”

但这次的情况可能不同。研究人员认为,这种极端的红色可能并非来自尘埃,而是黑洞星本身的性质所致。如果这个解释成立,那么“小红点”家族中至少有一部分成员,可能并不是我们原先以为的某种星系或黑洞,而是一种全新的天体。

“黑洞星”到底是个什么东西?

说人话就是:想象一个巨大的气体球,比我们的太阳系还大,中心藏着一个超大质量黑洞。黑洞的引力把周围的气体吸引过来,气体在坠入黑洞之前被压缩和加热到极端温度,发出耀眼的光芒。

这有点像把一颗恒星和一颗黑洞“缝合”在一起——但又不完全是。黑洞星不是恒星(它不靠核聚变发光),也不是普通意义上的黑洞(它有一个巨大的气体外壳)。它是一种理论预言的中间态天体,此前从未被确凿观测到。

如果MoM-BH*-1真的被证实是黑洞星,那它将成为人类发现的第一例这种天体,也会为理解早期宇宙中黑洞和星系的形成提供全新的视角。

科学界目前还没定论

需要强调的是,目前这还只是一个“候选体”。研究团队说的是“最好的证据”,而不是“确凿的发现”。

研究人员的判断基于韦伯望远镜的观测数据,但黑洞星这种天体在理论上还有很多细节没有完全厘清。比如,它到底是怎么形成的?为什么早期宇宙中会有这种东西?它和“小红点”家族的其他成员是什么关系?

这些问题,都需要更多的观测和理论工作来回答。奈杜在声明中也提到,他们对这个天体的认识“正在飞速演变”,暗示后续可能还有更多发现。

接下来会怎样?

韦伯望远镜还在持续扫描天空,MoM巡天项目也在继续寻找更多类似的候选体。如果天文学家能找到更多黑洞星的例子,就能更好地理解这类天体的普遍性和形成机制。

这件事本身没那么神奇,真正神奇的是:我们可能正在见证一种全新宇宙天体的首次亮相。而这一切,始于一个比太阳系大不了多少的、红得发亮的“点”。

至于它到底是不是黑洞星,科学界目前还没有最终答案。但有一点可以确定:宇宙比我们想象的,还要更有想象力。