是怪兽黑洞还是星系先出现的？詹姆斯·韦伯太空望远镜可能有一个令人惊讶的答案
一幅插图显示了驱动恒星形成的早期超大质量黑洞的磁场。（图片来源:Roberto Molar canda nosa/约翰斯·霍普金斯大学）
（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（罗伯特·李）：“哪个先出现，星系还是它的怪兽黑洞？“
从技术上讲，这是一个比先有鸡还是先有蛋更古老的谜语——尽管我们只是最近才意识到这一点。而且，根据新的研究，科学家们可能终于有了答案。
长期以来，人们一直认为存在于时间之初的超大质量黑洞塑造了它们周围的星系，加快了星系的恒星形成速度，从而影响了整个宇宙的演化。但是现在，对詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）数据的重新分析表明，这些黑洞可能在我们138亿岁的宇宙的前5000万年中存在，在如此年轻的时期推动了恒星的形成。
这些发现可能会挑战黑洞仅在第一批恒星和星系出现后形成的观点。
“我们知道这些巨型黑洞存在于我们银河系附近的星系中心，但现在令人惊讶的是，它们在宇宙诞生之初也存在，几乎就像是早期星系的积木或种子，”研究小组组长、约翰·霍普金斯大学教授约瑟夫·西尔克在一份声明中说。“它们真的推动了一切，比如恒星形成的巨大放大器，这是我们以前认为可能的一个整体转变——以至于这可能彻底动摇我们对星系形成方式的理解。
西尔克指出，自2022年夏天开始向地球发送数据以来，JWST一直在观察的遥远和早期星系比预期的要亮。
这表明星系中已经充满了异常多的恒星和超大质量黑洞；如果这是真的，那意味着我们目前关于星系如何成长的理论可能需要修改。
西尔克说:“我们认为黑洞外流粉碎了气体云，使它们变成了恒星，并大大加快了恒星形成的速度。”“否则，很难理解这些明亮的星系从何而来，因为它们在早期宇宙中通常较小。他们究竟为什么要如此迅速地制造恒星？”
目前，最广泛接受的宇宙演化理论表明，早期宇宙黑洞诞生于高质量恒星耗尽核聚变所需的燃料供应时。反过来，这些恒星会在宇宙的后期坍缩并产生黑洞。这意味着黑洞必须在诞生它们的恒星形成之后，以及星系第一次聚集之前出现。
然而，西尔克和他的同事发现黑洞和星系似乎在古代宇宙中共存，早在大爆炸后1亿年就相互影响。西尔克说，如果将宇宙的历史浓缩为一个日历年，那么这段时间仅相当于一月的第一天。
在早期宇宙中粉碎它
黑洞巨大的引力影响意味着没有任何东西（甚至包括光）能够逃脱其外部边界，即所谓的事件视界。这对我们来说意味着，边界之外的任何东西都不能被直接看到。
但是在事件视界之外，事情仍然会发生。黑洞的引力仍然足够强大，足以为任何周围的物质产生剧烈的条件，不幸的是，它落在离事件视界太近的地方，加热了它并导致它明亮地流动。这种物质可以被吞噬，也可以被引导到黑洞的两极，在那里以接近光速的喷射或风的形式喷出。
黑洞积极地以这样的物质为食，可以为所谓的活动星系核（AGN）提供能量，或者星系内的区域可以比星系中每颗恒星的光总和还要亮。
西尔克认为，黑洞在这方面就像“宇宙粒子加速器”一样，这一事实使得JWST能够在早期宇宙中发现如此多的黑洞。
西尔克解释说:“我们在很远很远的地方看不到这些猛烈的风或喷流，但我们知道它们肯定存在，因为我们在宇宙早期看到了许多黑洞。”“来自黑洞的这些巨大的风粉碎了附近的气体云，并将它们变成了恒星。这就是解释为什么这些第一批星系比我们预期的要亮得多的缺失环节。”
一位艺术家对活动星系核的印象显示了其明亮的辐射，这可能解释了为什么JWST看到了这么多明亮的早期星系。（图片来源:欧空局/美国国家航空航天局、AVO项目和保罗·帕多瓦尼）
宇宙正在经历一个阶段（或两个阶段）
这项研究背后的团队认为早期宇宙有两个不同的阶段。在第一阶段，黑洞的高速外流会加速恒星的诞生。当这些外流逐渐减少时，第二阶段就应该开始了。
在此之后，当宇宙大约有几亿岁时，巨大的气体云可能会因超大质量黑洞引起的强烈磁暴而被迫坍缩。这将引发一个新的恒星形成的强烈而快速的时期，远远超过在更现代的星系中看到的恒星诞生率。
恒星的形成将受到阻碍，因为超大质量黑洞的大量外流将转变为能量守恒状态，切断恒星可能形成的星系中的气体供应。
“我们认为在一开始，星系是在一个巨大的气体云坍塌时形成的，”西尔克解释说。“令人惊讶的是，在那片云的中间有一颗种子——一个大黑洞——它帮助那片云的内部以比我们预期的快得多的速度迅速变成了恒星。所以第一批星系异常明亮。”
该团队不仅认为未来的JWST数据可以提供更准确的早期恒星和超大质量黑洞计数，从而证实新理论，而且研究人员还认为这台价值100亿美元的太空望远镜可以为离家更近的根本问题提供一些答案。
“最大的问题是，我们的起源是什么？太阳是银河系中1000亿颗恒星中的一颗，中间还有一个巨大的黑洞。这两者有什么联系？”西尔克总结道。“一年之内，我们将获得更好的数据，我们的许多问题将开始得到答案。”
该团队的研究发表在今年1月的天体物理学杂志《快报》上。
