【z=25】詹姆斯·韦伯是否发现了异次元的远方银河
9/11 (星期四) 19:37
谢谢！ 这是宇宙飞船ch中的人的捕获。
2025年7月，在宇宙初期的银河探测方面发表了划时代的成果。
根据詹姆斯·韦伯太空望远镜( JWST )的超深空观测数据，报告了有可能距离如此遥远，以至于大幅刷新了以往的记录的9个候选银河。
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这是一个大大超出标准理论预期的大发现，让天文学家们感到惊讶。
Credit:ESA
更有趣的是，为了解释这一观测结果，一些研究者提出“原始黑洞”这一在大爆炸后通货膨胀时形成的极其特殊的假说中的黑洞有可能存在。
本视频将解说这一最新的观测成果和与之挑战的理论假说。
●利用●JWST发现宇宙黎明期的银河候补
JWST拥有超过哈勃太空望远镜的红外线观测能力，一直被期待着找到位于极远处的宇宙最早期的银河。
Credit:ESA/ATG medialab
光速是有限的，所以越远的天体到达我们需要越长的时间。
如果你看看一百万光年外的银河，那道光是一百万年前发出的。
也就是说，距离地球越远的天体，越能看到“以前的宇宙”的样子。
credit:NASA JPL-Caltech r.hurt ( Caltech-ipac )
此外，我们还可以看到“红移”现象，即远天体离地球的距离越远，其波长因宇宙膨胀而被延长得越长(变红)。
这个偏差的大小惯例上用z这个符号表示，z越大，我们看到的就越是“遥远以前”的天体。
Credits: NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson (UC Santa Cruz )、Ben Johnson (CfA )、Sandro Tacchella (Cambridge )、phidge
以前，哈勃进行准确观测而闻名的最远银河为z=11左右(宇宙年龄约4亿年左右)，但JWST很早就确认了z=14 (宇宙年龄3亿年左右)的银河。
然后，西班牙宇宙生物学中心等国际研究小组将目光投向了“再往前”、红移15以上的未涉足领域。
他们大量使用了JWST的观测时间，采取了从约11万个候选天体中筛选出类似于高红偏移天体的方法。
Credit:Pablo et al. 2025
在这个观测中，多种波长滤波器组合的“滤除”方法是关键。
虽然在某个观测波段无法检测到，但存在在更长波长下看起来更明亮的天体时，将验证其有可能由于宇宙膨胀引起的波长红移而在短波长波段消失。
研究小组用这种方法发现了相当于z=17 (宇宙年龄2.2亿年左右)的6个银河候补和相当于z=25 (宇宙年龄1.3亿年左右)的3个银河候补。
Credit:Martin Kornmesser，Luis Calcada，NASA，ESA Hubble
另外，考虑到宇宙的膨胀，z=25的天体的“现在的距离”实际上估计约为370亿光年。
但是，这些距离(红移)目前是基于表观颜色的推测值，今后需要通过分光观测进行详细确认。
但是即使是现在，发现了9个很有可能捕捉到来自如此早期的宇宙的光的天体，这一点也令人吃惊。
credit:noir lab/NSF/aura/j.da Silva/space engine/m.zamani
●初期宇宙中“明亮的银河”过多的问题
如果新发现的银河候选人是预想中的超高红方偏移天体的话，在因宇宙膨胀而延长之前，他们会发出“强烈的紫外线”。
这是恒星形成后不久的年轻大质量星团造成的。
因为在宇宙最初期不存在重元素( =氢和氦以外的元素)，所以预计在那里产生的初代星理论上质量非常高，温度会变高，会大量放射紫外线。
这次的9个候补天体中有3个显示出了与典型的初代星非常一致的性质。
另外，被认为几乎没有阻碍来自星星的光的尘埃，被认为观测到的光是星星本身的光辉。
这些银河的恒星年龄平均计算出只有3000万年左右，考虑到大爆炸后的经过时间，可以说是诞生的银河。
Credit:Springel et al. (2005 )
但是，这里会产生很大的疑问。
“宇宙开始才几亿年，就能形成那么多星星和银河吗？ ”这一点。
标准的宇宙模型认为，大爆炸后一段时间宇宙高温均匀，气体冷却形成星星和银河需要时间。
credit:NASA ncsa university of Illinois visualization by frank summers，Space Telescope Science Institute，simulation by Martin white and
最初通过重力开始聚集的是看不见的暗物质的“块”，定论是气体被该重力吸引，慢慢开始形成星星。
通过模拟实验，我们预测到，宇宙诞生几亿多年后，最初的星星和小银河才会星星点点地诞生。
也有研究者指出“1亿年左右星星就很难开始形成了”。
也就是说，被暗示存在9个候补天体的是“星星和银河都应该几乎不存在的时代”。
对于这样的理论预想和观测事实的矛盾，目前还没有根本的解决方案。
●原始黑洞照亮宇宙的可能性
Credit:ESA
比萨高等师范学校等的研究小组，作为说明JWST提出的“意外明亮的超远方银河”的假说，提出了“原始黑洞”起作用的可能性。
原始黑洞，顾名思义就是宇宙最早期形成的黑洞。
通常的黑洞是由大质量星最后的衰变产生的，而原始黑洞被认为是大爆炸后通货膨胀时由物质的密度波动产生的特别的黑洞。
Credit:ESA
在这个模型中，原始黑洞作为暗物质的一部分运行，通过提供重力立足点，有望以超过标准模型的速度产生星星和银河。
如果原始黑洞存在的话，宇宙初期的超巨大黑洞形成和暗物质的真面目等难题也有可能一举说明，虽然从20世纪70年代开始进行了讨论，但一直没有得到存在的确凿证据，直到现在。
研究小组针对星星应该还没有诞生的初期宇宙中明亮的银河过多的问题，以加入了这个原始黑洞的贡献的模型进行了挑战。
如果真的存在原始黑洞，那么有两种方法可以有效地影响银河的外观亮度和“明亮天体的数量”。
首先，原始黑洞作为“先有的重力之芯”，加快造星的开始就是这样。
因为气体(星星的材料)容易聚集在原始黑洞的周围，所以比通常早的时候星星就陆续产生，银河整体的亮度容易增加有这样的效果。
还有一点，黑洞本身在生长过程中会在银河中心发光，使整个银河的外表变得明亮。
研究小组结合这两种效果进行计算后发现，如果要用原始黑洞加快星星形成的“只有星光”来说明，一方面容易与宇宙背景辐射等其他观测产生分歧，另一方面，如果适度添加原始黑洞自身的光，初期宇宙中明亮的银河会很多
细嚼这个结果，就会发现“在非常小的原始银河中心，点亮了一种叫做原始黑洞的“灯”我们可以看到早期的银河比实际上更明亮。”
credit:nasas Goddard space flight center ci lab
另外，“在这样诞生不久的小银河中，从一开始就有成为’种子’的黑洞吗？ ”的疑问，原始黑洞从宇宙的初期就可能存在因此，这一点也可以毫无矛盾地解释。
引入原始黑洞乍一看是个奇特的想法，但既然JWST的发现颠复了常识，理论方面也不得不以大胆的想法进行挑战。
那么，这个原始黑洞假说有没有从观测上来确认的方法呢？
研究小组表示:“可以通过JWST今后的分光数据进行验证。”
重点之一是银河的表观大小。
明亮的bh动画
由于黑洞主体比银河小很多，所以如果是来自黑洞的光，从远处看天体应该会看起来像点状。
Credits: NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson (UC Santa Cruz )、Ben Johnson (CfA )、Sandro Tacchella (Cambridge )、phidge
另一方面，如果是来自星星的光的话，星星会呈银河状分布，所以看起来会模糊地展开吧。
Credit:Pablo et al. 2025
实际上，对最新候选天体的尺寸进行了测量，得到的结论是“约3成左右的候选是点源性的，与原始黑洞剧本并不矛盾”。
剩下的天体看起来在扩大，所以自然会认为是星星形成银河，但9个中有几个是点状的，这是很有趣的征兆。
光靠现状的拍摄数据很难区分是来源于星星还是来源于原始黑洞，但今后有望通过更详细的观测显现出其差异。
Credit:ESA/Webb、NASA & CSA、G. Östlin、P. G. Perez-Gonzalez、J. Melinder、the JADES Collaboration、m.zamani (
从遥远到极限的宇宙传来的光，告诉我们:“第一个银河是什么时候、如何诞生的？ ”提出了一个根本性的问题。
这次的观测表明了宇宙初期的恒星形成有可能比我们想象的还要活跃，但要证实这一点还需要更多的证据。
幸运的是，JWST今后也将继续运行，通过候选天体的光谱追踪观测可以获得红移的确定和元素组成的线索吧。
Credit:ESA/ATG medialab
另外，新理论也受到刺激，不仅是原始黑洞，初代星球的失控形成和未知的物理过程等各种各样的假说也被提出来。
无论如何，弄清宇宙黎明时期发生了什么，是宇宙论天文学中的前沿主题。
宇宙Baya CH今后也会继续追踪报道。
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https:///pdf/2503.15594
https:///pdf/2503.18850
https://www.scientific American.com/article/the-James-we B- telescope-may-have-found-primordial-black