韦伯望远镜揭示早期宇宙谜团：古老黑洞与星系挑战现有理论

詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示出数百个令人费解的“小红点”，它们大约在大爆炸后6.5亿年出现，挑战了天文学家对早期宇宙的理解。这些在2022年望远镜投入使用前从未见过的天体，是众多谜团之一，此外还包括看似与其年龄不符的巨大黑洞，以及违背宇宙演化既定理论的古老星系。

哥本哈根宇宙黎明中心的天体物理学家夏洛特·梅森分析了其中一个“小红点”的光谱。如果这些天体是包裹在稠密气体云中的黑洞，部分光在穿过气体时应该会发生改变，但她团队的分析并未显示这一点。梅森现在怀疑气体可能是团块状的，存在能让光逃逸的缝隙，这可能更符合观测结果。

韦伯望远镜在早期宇宙中探测到的黑洞质量高达太阳的10亿倍，这对理论家构成了重大挑战。普林斯顿大学天体物理学家珍妮·格林表示：“要想让它们如此迅速地变得这么大，你必须耍些花招。”标准的恒星坍缩会产生约100倍太阳质量的种子黑洞，但要迅速达到10亿倍太阳质量，则需要超越爱丁顿极限的“强行喂食”。最近的模拟表明，如果吸积盘膨胀，使气体以异常速率涌入，就可能发生超爱丁顿吸积。2024年，韦伯望远镜观测到一个大爆炸后约15亿年的黑洞，其吸积速率是爱丁顿极限的40倍。

另一个“小红点”可追溯到大爆炸后约7.5亿年，并受到前景星系团的引力透镜效应，被识别为一个“裸露”的超大质量黑洞，质量约为5000万倍太阳质量。由于周围没有可辨别的恒星，该天体可能是通过气体云直接坍缩形成的，而非来自恒星种子。

早期星系也出人意料地明亮。平坦研究所的高级研究员瑞秋·萨默维尔在2026年4月于丹麦赫尔辛格举行的一次会议上展示了新的模拟结果。她解释说，在大爆炸后约4.2亿年，恒星形成显著增加，到5.5亿年时，一个“漂亮的星系”便出现了。韦伯望远镜发现的最古老星系存在于大爆炸后仅2.8亿年。对于这种亮度，提出的解释包括更高效的恒星形成、周期性爆发，或产生了极其巨大的恒星。

韦伯望远镜的中红外仪器揭示，早期星系出乎意料地多样化。有些似乎已经清除了气体和尘埃，只显示出裸露的恒星，而另一些则富含气体。某些星系中氮含量过高，表明存在许多超大质量恒星，它们以超新星形式爆炸，将这种元素播撒到星系中。

这些观测与再电离纪元相关，当时第一批星系和黑洞的辐射电离了中性氢，结束了宇宙黑暗时代。第一批恒星被认为比太阳重数百倍或数千倍，它们锻造了重元素，并通过超新星将其散布开来。“我们正在回望创造我们的东西，”宇宙黎明中心的天体物理学家莉丝·克里斯滕森说。