哥本哈根宇宙黎明中心的天體物理學家夏洛特·梅森面對宇宙謎題時,有一項特殊工作習慣。她手上總是畫滿草圖。她說自己是個視覺型思考者,通常需要畫大量圖示來理順思路。最近幾個月,她的草稿紙上密密麻麻都是“小紅點”的示意圖。這些古怪天體的出現,完全是韋伯太空望遠鏡的“杰作”。
2022年韋伯望遠鏡正式上線之前,天文學家從未見過這類天體。但現在掌握的情況是,它們在大爆炸后大約6.5億年就開始大量涌現。這些小紅點不過是韋伯望遠鏡窺探早期宇宙所揭開的諸多令人興奮的謎團之一。其他發現還包括:一些黑洞的體量遠遠超出其年齡該有的規模,還有古老星系的形態直接推翻了大爆炸后最初十億年里星系應有的演化規律。
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一開始科學家們完全懵了。韋伯望遠鏡呈現的宇宙圖景,與現有天體物理學認知嚴重不符。眼看困惑越積越多,一批新理論迅速浮出水面,試圖給出誘人解答。但這些理論中,哪一個才真正刻畫了現實,目前仍然是個懸而未決的問題。相關研究結果顯示,小紅點極有可能是被濃密氣體包裹著的黑洞,甚至可能代表一種全新的天體類型——黑洞星,那種致密氣體會像恒星大氣一樣向外輻射光線。
“這就代表我畫的黑洞,”梅森畫了一個小圓圈,把它涂滿。她認為黑洞上應該有個吸積盤,因為那里很可能是一部分輻射的來源。她在圓圈中央畫了一道斜線。“按照樸素的理解,圓外面就是環繞黑洞的致密氣體云。”于是她又在那個小天體周圍畫了一個更大的圓圈。
但梅森懷疑這些宇宙謎團沒那么簡單。她和同事最近分析了一個小紅點發出的光譜。如果致密氣體云的解釋成立,光線在穿過氣體時應該會發生一些可觀測的變化,可分析結果沒有顯示這類特征。梅森一時陷入僵局。“現在怎么辦?從頭再來。如果讓氣體變成團塊狀的,”她著手畫一幅新圖,在包圍黑洞的云層中繪出孔洞,“這樣得到的光譜應該會更接近實際觀測結果。”
大爆炸后不久,宇宙在相當程度上是平滑無特征的。然而僅僅幾億年之后,就有了相當于十億個太陽質量的黑洞在成長,普林斯頓大學天體物理學家珍妮·格林對此感到非常驚訝。黑洞故事因為韋伯望遠鏡而變得復雜得多。這架望遠鏡不斷發現古老黑洞,其質量大到已建立的解釋理論根本兜不住。
那些來自上百億光年之外的光子,正源源不斷帶來新信息。就像梅森一樣,全世界的研究人員都在迫不及待地拼接著韋伯望遠鏡捕捉到的古老宇宙碎片,試圖重構宇宙誕生之初的圖景。隨著新碎片不斷到位,關于黑洞極限、宇宙黎明和星系起源的認知,很可能還要經歷新一輪推倒重來。
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