「小紅點」星系謎團愈發離奇：我們即將探索新奧秘

一項新的預印本研究，針對在早期宇宙中發現的那些堪稱「顛覆宇宙認知」的「小紅點」星系，展開了更深入的審視，這或許會讓圍繞它們的謎團愈發錯綜複雜。

詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）讓天文學家得以比以往任何紅外線或光學望遠鏡都更深入地回溯過去。透過它，天文學家能夠觀測到在大爆炸僅3億年後，遙遠星系所發出的紅外線。原本期望藉助這臺紅外線望遠鏡，能進一步瞭解星系的形成過程，同時解開超大質量黑洞何以變得如此巨大的謎團。然而，當我們越深入追溯過去，意外也接踵而至。

其中一個令人驚訝的發現，是在宇宙誕生約6億到8億年後的早期宇宙中，那些看似散佈各處的微小、明亮紅點。這些紅點後來被稱作「小紅點」星系。當它們最初被探測到並加以分析時，天文學家一度認為它們可能是大質量星系。但這與宇宙學模型所預期的星系形成方式相悖——在傳統認知裡，星系是由塵埃和恆星組成的小云團，經過漫長歲月逐漸變大。

賓夕法尼亞州立大學天文學與天體物理學助理教授喬爾·萊賈在早期觀測後的一份宣告中解釋道：「宇宙歷史極早期就開始形成大質量星系這一發現，顛覆了我們許多人原本以為已成定論的科學認知。我們一直戲稱這些天體為「宇宙破壞者」，到目前為止，它們確實名副其實。」

當然，鑑於這些可能顛覆星系形成模型的觀測結果，研究團隊希望確保自己所見無誤。於是，他們打算拍攝這些星系的光譜影象，以便更準確地瞭解星系的距離、組成成分以及實際質量。經過分析，他們發現這些天體確實相當怪異，而且體現在多個方面。

儘管這些星系僅有6億到8億年的歷史，但其中似乎充斥著已有數億年曆史的古老恆星。然而，還有一個更大的謎團亟待解開。該研究團隊估計，這些星系中心存在著大得驚人的超大質量黑洞，其質量是銀河系中心人馬座A*的100到1000倍。按照目前的模型來看，對於其周圍的星系而言，這個黑洞實在太大了。研究團隊表示，如果將這些星系壓縮到銀河系大小，那麼距離最近的恆星將剛好位於我們太陽系之外，而位於中心的超大質量黑洞距離地球僅26光年，會像一根巨大的光柱般清晰可見。

萊賈在2024年的一份宣告中提到：「通常情況下，超大質量黑洞與星系是相伴而生的。它們共同成長，共同經歷所有重要的生命歷程。但在這裡，我們卻看到一個發育完全的「成年」黑洞，存在於一個本應是「嬰兒」階段的星系之中。這實在說不通，因為這些天體本應共同成長，至少我們原本是這麼認為的。」

在較近時期的宇宙中，超大質量黑洞的質量約佔星系總質量的0.01%。而根據一項尚未經過同行評審的新研究，在這些早期宇宙的紅點星系中，超大質量黑洞的質量似乎佔到整個星系質量的約10%，這無疑讓它們在「這裡究竟發生了什麼」的疑問程度上，處於極高的等級。

奧地利科學技術研究所的科學家、新研究團隊負責人約裡特·馬特向Space.com表示：「在最極端的情況下，這意味著這些黑洞的質量超出預期1000倍。」

宇宙學家自然很想知道這些黑洞為何變得如此巨大。目前已有多種理論，包括黑洞合併以及黑洞透過吸積物質成長等說法。然而，這些早期黑洞以及詹姆斯·韋布空間望遠鏡發現的其他黑洞，似乎太大了，難以用這些理論解釋。不過，黑洞似乎確實有可能進行某種超愛丁頓吸積，這或許能部分解釋它們巨大的質量。

另一種觀點是「直接坍縮」或「重種子」黑洞。通常來說，在當前宇宙時代，要形成一個恆星質量黑洞，需要一顆恆星發生坍縮。而對於重種子黑洞，其理論是超大質量黑洞最初質量約在1萬到10萬倍太陽質量，由巨大的氣體雲直接透過引力坍縮形成，中間不經過恆星階段。

不過，也有一些因素可能使這種情況不太可能發生。氣體雲在坍縮過程中需要避免分裂並形成團塊。不過，天文學家提出，如果氣體雲在星系前氣體盤中被附近的年輕恆星加熱，或者氣體雲在早期宇宙中以超音速在「氣流」中移動，使其能夠在更長時間內生長，直到引力足夠強大，引發氣體雲坍縮形成種子黑洞，那麼就有可能避免分裂。

目前，我們確實還不清楚這些「小紅點」星系是如何形成的，只能等待更多的觀測結果和理論研究。但這未必是件壞事。

馬特補充道：「與其說這項發現「令人困擾」，我更願意稱它「充滿希望」，因為這種巨大的差異表明，我們即將有新的發現。」

這項新研究已提交給《天體物理學雜誌》，但尚未經過同行評審。預印本已釋出在arXiv上。