《怪獸之星》或許終于在時間的黎明中得以一窺

最大的謎團之一是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的開發目的是研究超大質量的誕生黑洞（小型小孩）。

二十多年來，天文學家一直在思考這些重力巨獸——質量數百萬到數十億太陽——如何在大爆炸.根據最廣泛接受的宇宙學模型，大質量黑洞沒有足夠的時間通過黑洞通常形成和合并的過程形成。

近期觀測對這些模型提出了挑戰，支持了另一種假說：SMBH的“種子”直接由宇宙氣體坍縮云形成，即直接坍縮黑洞（DCBHs）。

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唯一的另一種可能是，早期宇宙（第三族群）存在的恒星質量足夠大，足以留下巨大的黑洞。

利用JWST，一個國際團隊發現了支持“”怪獸之星早期宇宙中存在1000到10000個太陽質量。

該團隊由弗吉尼亞大學的瑞士國家科學基金會博士后研究員Devesh Nandal領導，他是理論與計算研究所（ITC）在哈佛與史密森天體物理中心（CfA）進行的。

他與宇宙學高級講師丹尼爾·惠倫一同出席宇宙學與引力研究所（ICG）在樸茨茅斯大學;來自阿拉伯聯合酋長國大學（UAEU）的天體物理學家穆罕默德·A·拉蒂夫，以及來自莫納什大學物理與天文學學院的研究員亞歷山大·赫格爾。

利用JWST，團隊研究了GS 3073星系的化學特征，該星系最初由Latif、Whalen及其同事于2022年識別。天文學研究所（IfA）在愛丁堡大學、埃克塞特大學，以及赫茨伯格天文學與天體物理研究中心.

當時，發現團隊注意到氮氧比極高（0.46）;遠高于任何已知的恒星或恒星爆炸類型所能解釋的高度。這促使他們推測宇宙中最早的恒星，即第三期恒星，是在大爆炸幾億年后由冷氣體湍流形成的。

他們還指出GS 3073含有積極進食的黑洞在它的中心，可能是這些“怪獸星”之一的殘余。他們聲稱，這種恒星天體的存在可以解釋為什么韋伯探測到多個存在于大爆炸后不到10億年的類星體。

該現象也稱為活動星系核（AGN），由星系中心的單粒子粒子（SMBH）引起，它們將下落的氣體和塵埃加速至接近光速。這會釋放出巨大的能量，使核心區域暫時蓋過盤中所有恒星的光芒。

樸茨茅斯大學的南達爾說新聞稿:

化學豐度就像宇宙指紋一樣，而GS3073中的圖案與普通恒星無法產生的任何東西都不同。其極端的氮含量只符合我們已知的一種來源——質量是太陽數千倍的原始恒星。

這告訴我們，第一代恒星包含了真正超大質量的天體，這些天體幫助塑造了早期星系，并可能為今天的超大質量黑洞提供了種子。

為了驗證這一理論，拉蒂夫、惠倫及其團隊模擬了質量為1000至10000太陽質量恒星的演化過程及其產生的化學物質。這使他們能夠識別出一個特定機制，解釋GS3073中觀察到的氮氧比。

它始于怪獸恒星在核心中融合氦氣生成碳，碳泄漏到周圍的殼層中，氫氣在那里被融合。在那里，碳與氫結合形成氮氣，氮通過對流流分布到恒星各處，最終釋放到太空中。

只要氦在核心中融合（數百萬年），這一過程將持續，并富集周圍環境的氣體云，直到氮氧比值被觀察到。團隊的模型還表明，這些怪獸星在生命周期末期并未以超新星形式爆炸，而是直接坍縮成大質量黑洞，這些黑洞是今天觀測到的SMBH的“種子”。

他們還發現，這種氮特征并不存在于比該質量范圍內更小或更大的恒星中。如果這些恒星被證實，將解釋韋伯之前觀測中出現的兩個謎團。

更重要的是，這些發現為宇宙在大爆炸后38萬年至10億年間的存在提供了新的見解——即“宇宙黑暗時代”。

直到最近，這一宇宙學時代對天文學家來說仍難以接近，因為這一時期的光線過于微弱，傳統儀器無法觀測，需要像JWST那樣的尖端紅外光學設備。研究人員預測，未來巡天中會出現更多氮過剩的星系，這將使科學家能夠進一步探究怪獸恒星的潛在存在。

“我們最新的發現幫助解開了一個長達20年的宇宙謎團，”惠倫說。“通過GS 3073，我們首次有了這些怪獸恒星存在的觀測證據。這些宇宙巨星會在短暫的輝煌燃燒中燃燒，隨后坍縮成巨大的黑洞，留下我們數十億年后仍能探測到的化學特征。

“有點像恐龍在地球上——它們巨大而原始。而且他們的壽命很短，壽命僅25萬年——宇宙一瞬間。”

本文最初發表于今日宇宙.請閱讀原文.

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