韦布望远镜观测远古小红点星系，证实黑洞早于星系诞生
5 月 31 日消息，詹姆斯・韦布空间望远镜观测到一类被称作“小红点”的远古星系，这或许终于能解答一个谜题：黑洞和它所在的星系，究竟谁先诞生？研究结果出乎科学家的预料，也彻底颠覆了人类对黑洞演化机制的传统认知。
美国国家航空航天局詹姆斯 · 韦布空间望远镜的近红外相机拍摄的一张图像展示了小红点阿贝尔 2744-QSO1，它被星系团阿贝尔 2744（潘多拉星团）放大并形成了三重影像
“小红点”最早于 2022 年由韦布望远镜发现。
天文学家随即意识到，这是一种前所未见的全新天体，或许是一类人类从未观测到的星系。
随着研究深入，这类天体的神秘色彩愈发浓厚：它们在宇宙早期十分普遍，但在宇宙大爆炸发生约 15 亿年后，便逐渐销声匿迹。
而“小红点”也并非韦布望远镜带给科学界的唯一宇宙谜题。
这台造价高达 100 亿美元（IT之家注：现汇率约合 678.67 亿元人民币）的空间望远镜，还发现了大量超大质量黑洞。
在宇宙诞生尚不足 10 亿年时，这些黑洞的质量就已达到太阳的数百万乃至数十亿倍。
这一现象令学界难以解释：按照以往理论，黑洞要通过吞噬物质、不断合并成长为超大质量黑洞，所需时间远不止 10 亿年。
此次针对“小红点”的全新研究提出了一种新观点：早期的超大质量黑洞或许并非由大质量恒星演化数百万年后坍缩形成的恒星级黑洞逐步壮大而来，而是直接诞生的。
这也意味着，这类远古超大质量黑洞无需不断吞噬宿主星系中的大量气体与尘埃来增长体量。
由此可以推断，黑洞的形成时间早于最终包裹它的星系。
英国剑桥大学的研究团队成员罗伯托・迈奥利诺在一份声明中表示：“这是一项重大发现。
它颠覆了传统理论，让我们必须重新审视黑洞的形成与演化模型。
”该团队的相关研究成果已于 5 月 27 日发表在《自然》期刊与《皇家天文学会月报》上。
借助爱因斯坦理论，“小红点”揭开黑洞身世之谜
为得出结论，科学家重点研究了编号为阿贝尔 2744 类星体 1（QSO1）的“小红点”。
该天体存在于宇宙大爆炸后仅 7 亿年的时期，这个远古星系直径仅有 1300 光年，它发出的光线历经 130 多亿年，才抵达地球。
得益于引力透镜效应，QSO1 比其他“小红点”更便于观测研究。
引力透镜效应由爱因斯坦在 1915 年率先提出：当一个大质量天体位于地球与更遥远的背景天体之间时，就会产生这一现象。
光线途经这个充当“透镜”的大质量天体时，会因时空扭曲发生偏折；光线越靠近该天体，偏折程度就越大。
背景天体的光线会以不同时长抵达地面望远镜，同时天体影像也会被放大。
QSO1 恰好被星系团阿贝尔 2744（又名潘多拉星系团）产生的引力透镜效应放大。
美国国家航空航天局詹姆斯 · 韦布空间望远镜的近红外相机拍摄的图像细节展示了“小红点”阿贝尔 2744-QSO
研究人员最初推测，QSO1 本质是一个质量达太阳 4000 万倍的超大质量黑洞，外围包裹着氢、氦气体云。
但当时，科学界始终无法精准测定这个黑洞的真实质量。
同为剑桥大学的团队成员弗朗切斯科・德欧杰尼奥解释道：“在此之前，人类对早期宇宙黑洞的质量测算全是间接推算，依据的是邻近宇宙中黑洞的现有规律。
我们无法确定，这些规律是否同样适用于遥远的早期宇宙。
”
研究团队提出猜想：如果 QSO1 中心黑洞的质量与最初测算结果一致，那么黑洞的引力必然会影响周围气体的运动轨迹。
为此，团队利用韦布望远镜的近红外光谱仪，追踪气体的运动状态。
观测发现，这些气体围绕中心点运转，运动规律和太阳系行星绕太阳公转如出一辙，这便是开普勒运动。
团队联合负责人、剑桥大学的伊格纳斯・尤奥德扎巴利斯表示：“这一现象足以证明，QSO1 的绝大部分质量都集中在中心黑洞上。
如果天体以恒星为主、质量分布相对分散，外围气体就不会呈现出如此标准的开普勒旋转特征。
”
借助这一发现，团队首次完成了对 QSO1 中心黑洞质量的直接测算。
迈奥利诺评价：“这是一项极具突破性的成果。
人类首次直接测出宇宙诞生 10 亿年内黑洞的质量，且实测结果与此前间接推算的数据相吻合。
”
测算结果显示，该超大质量黑洞的质量相当于 5000 万个太阳，其质量占整个“小红点”天体总质量的 66%。
这一比例，比邻近宇宙中黑洞与宿主星系的质量比值高出数千倍。
这一数据也印证：该黑洞不可能由恒星坍缩形成，也并非依靠不断吞噬周边星系物质慢慢壮大。
它自诞生起就是巨型黑洞，而后星系物质才逐渐在其周围聚集、慢慢演化成型。
目前，QSO1 中心黑洞仍存有诸多未解之谜，其具体形成机制更是核心疑点。
研究团队推测，它可能由一团巨型气体尘埃云坍缩形成的“重黑洞种子”演化而来；也有可能是在宇宙大爆炸的最初阶段，通过某种人类尚未知晓的过程直接诞生。
研究团队基本可以确定，在早期宇宙的“小红点”族群中，像 QSO1 这样的天体并非个例。
目前，科学家正在观测其他“小红点”，验证它们是否也都拥有巨型黑洞，且星系正处于围绕黑洞逐步形成的阶段。
10月13日灶神星冲日，“最亮小行星”迎来观测良机
天空中最亮的小行星——灶神星将于10月13日冲日，冲日前后亮度约为6.3等，迎来观测良机。为什么冲日前后是观测灶神星的好时机？中国科学院紫金山天文台科普主管王科超说，冲日是指天体与太阳的地心视黄经相差180度，此时天体、地球、太阳三者近似排成一条直线，地球恰好位于中间。
冲日前后，灶神星处于本轮会合周期中距离地球较近的阶段，被太阳照射的一面几乎完全朝向地球，亮度高且整夜可见，因此观测条件最为有利。
“10月中旬的前后数周都比较适合观测。
”王科超介绍，冲日时，灶神星在日落时从东方升起，几乎整夜可观测。
天文爱好者可借助双筒望远镜寻找它。
由于人类肉眼的观测极限约为6等，视力极佳的观测者，在无光污染的暗夜环境下有机会尝试肉眼观测它。
无论用肉眼还是用望远镜观测，灶神星均呈现星点形态。
“灶神星在星空中的位置也并非固定，相对于背景恒星每天会略微向西移动，但移动幅度很小。
借助星图定位，并连续观察几晚，就有机会从相对固定的背景恒星中辨认出这个会慢慢‘挪动’的小行星星点。
”王科超说。
值得一提的是，灶神星与地球距离最近时发生在10月9日，比冲日早4天，并非恰好发生在冲日当天。
王科超解释道，冲日看的是天体与太阳在天空中的相对位置，而不是距离远近。
灶神星的轨道既不是正圆，也与地球轨道不在同一平面，其轨道与黄道面存在约7度的倾角，因此“方向最对”和“距离最近”并不一定落在同一天。
王科超介绍，灶神星于1807年3月29日被发现，是人类发现的第四颗小行星。
灶神星个头相对较大、反照率高，是从地球上看最亮的小行星。
灶神星还有一个特别之处：地球上已经找到了来自它的陨石。
王科超解释道，陨石是太阳系天体形成和演化过程中不同阶段残留的“化石”。
灶神星在漫长的演化过程中经历过剧烈撞击，一些表面岩石由此被抛入太空，部分碎片最终落到地球。
在地球上收集到的无球粒陨石中，有一大类被称为HED族无球粒陨石。
HED取自三类陨石英文名称的首字母，分别是古铜钙长无球粒陨石（Howardite）、钙长辉长无球粒陨石（Eucrite）和古铜无球粒陨石（Diogenite），它们被认为来自灶神星。
“绝大多数陨石很难确定母体来源，但HED陨石不仅是已发现无球粒陨石中数量最多的族群之一，而且母体来源明确，这些‘送到地球的灶神星样品’为科学家研究灶神星的形成演化和撞击历史提供了重要依据。
”王科超说。
（新华社）
银河系中心藏着一个黑洞，为什么年轻恒星还敢靠近？
一颗恒星绕着一片黑暗跑，跑到最近的地方，速度能达到每秒几千公里。它没有撞上一颗更亮的星，也没有突然消失，而是拐过弯，继续绕圈。
天文学家盯着它看了多年，终于算出那片看不见的区域里，挤着相当于四百多万个太阳的质量。
我们所在的银河系，心脏处藏着一个黑洞。
事情到这里，本来已经足够惊人。
但镜头再往周围拉一点，你会发现另一个麻烦：黑洞附近竟然有一群年轻恒星。
那里的引力差异能扯散气体云，按简单的想法，造一颗新星应该很困难。
它们却明晃晃地待在那里。
这个最不适合安家的地方，怎么偏偏住进了一群年轻住户？ 先别急着把飞船开过去。
银河系中心距离我们约两万六千光年，望远镜接收到的光，出发时人类还没有今天的城市。
而且，挡在路上的气体和尘埃很多，用普通可见光去看，就像隔着一层层烟找一盏灯。
肉眼能看见银河横过夜空，却没法直接看清那个最关键的中心。
科学家换了办法：用红外线穿过部分尘埃，再用更大的望远镜、更精细的技术，压低大气扰动带来的模糊。
原来挤成一团的光点，逐渐分出了各自的位置。
隔一段时间拍一次，再把照片连起来，星星就动了。
你以为恒星都钉在天上，只是因为平时离它们太远，看不到这种快进后的舞蹈。
其中一颗著名的恒星叫S2，绕中心一圈大约需要十六年。
它的路线不是一个漂亮的正圆，而是一条很扁的椭圆：远处慢一点，贴近中心时猛然加速，再冲向远处。
我们熟悉的行星也有类似规律，只不过这颗星面前的引力来源，比太阳强得多，而且大部分看不见。
这正是证据最硬的地方。
无需先拍到黑洞，恒星怎么运动，就能帮助我们给中心称重。
轨道的大小、周期和速度合起来，限定了那里必须有多大的质量；多颗恒星的运动又相互印证。
质量这么大，范围又这么小，用一堆普通恒星勉强凑出来，会遇到稳定性和观测上的难题。
2022年，事件视界望远镜合作组织公布了银河系中心黑洞的图像。
它叫人马座A星，名字里的“星”是历史命名的一部分，别把它当成一颗正常发光的恒星。
照片中那个偏橙色的环，也不是黑洞表面被烧红了。
我们看到的是周围炽热物质的辐射，以及强引力作用下形成的亮暗结构。
中间的暗区与黑洞阴影有关。
掉进事件视界以内的光无法再出来，周围的光路还会被弯曲，最后形成我们能接收到的图像。
颜色经过了科学可视化处理，橙色不是它在眼睛里本来就会呈现的样子。
但这不妨碍它成为一张重要的实测图：天文学家终于把恒星轨道和中心附近的影像，对到了一起。
既然它这么重，为什么没有把整个银河系一口吃掉？因为黑洞不会隔着两万多光年，像吸尘器一样把一切吸过去。
远离它的地方，引力仍按距离衰减。
假如把太阳换成一个质量相同的黑洞，地球的轨道并不会因此立刻崩溃，只是阳光没了。
当然，真实的银河系中心黑洞质量远大于太阳。
更重要的是，太阳绕银河系运行，受到的不仅是中心黑洞的引力，还有恒星、气体以及暗物质等共同构成的引力场。
把整座银河理解成一个黑洞牵着所有星星转，会漏掉绝大多数质量。
人马座A星在自己附近非常有统治力，放到整个银河的尺度上，却不能包办所有事情。
现在再回到那些年轻恒星。
麻烦不在于“靠近黑洞的星一定会被吃掉”，稳定轨道上的恒星可以长时间生存。
真正难的是它们怎样形成。
造恒星需要气体聚集，越聚越密，最后塌缩。
但黑洞附近，气体云两端受到的引力可能差很多，一边被拽得更快，一边跟不上，云就容易被拉散。
这有点像你想把一把细沙堆成小塔，桌子却一直从两个方向拉扯。
沙塔不是绝对堆不成，但原先那套轻松的办法，未必还管用。
科学家因此把问题称作银河系中心的“年轻恒星悖论”。
这里的悖论，不是自然违反了物理规律，而是观测给出了结果，我们还得解释过程。
一种思路是，它们可能在较远、比较有利的环境里出生，之后通过动力学过程走近中心。
另一种思路是，足够密集的气体盘在特定条件下，也可能抵抗拉扯并形成恒星。
还有涉及双星的机制：两颗相互绕行的恒星靠近黑洞，可能被拆散，一颗被甩走，另一颗留在紧靠黑洞的轨道上。
这些方案都不能只凭一句“也许”就算过关。
它们要解释恒星的年龄、质量、轨道方向和分布，解释为什么有些星像组成了一张盘，有些星的路线又显得杂乱。
每多测准一条轨道，就多一道必须通过的检查。
不同区域、不同群体，也未必都来自同一条出生路线。
中心附近还有气体、尘埃、磁场和偶尔增强的辐射，并非一片什么都没有的黑色空地。
黑洞吃进去的物质不总是很多，却会发生亮度变化。
想象你隔着很远拍一只不断晃动的动物，每次快门里的细节都变了，就能理解为什么给它做成清晰图像，比拍一个固定目标费劲得多。
恒星的运动，还能让这里变成检验引力理论的现场。
S2接近黑洞时，光谱会出现与强引力和高速运动有关的变化；它的轨道方向也会缓慢转动，画出来像逐次展开的花瓣。
这些观测与广义相对论的预言相符。
看起来奇怪的动作，反而给我们提供了计算能不能对上现实的机会。
所以，听到“银河系中心不对劲”，先别把它理解成那里开了宇宙传送门。
一个看不见的重物、一群不容易解释出生过程的年轻星，再加上快速变化的气体，已经足够让天文学家忙上几十年。
研究里的悬念，可以很大，但不需要拿外星文明或时空裂缝给它加戏。
而且，我们此刻看到的是那个区域很久以前的样子。
这个距离决定了任何新信息都要花很长时间才能抵达。
它不是窗外正在发生的一场爆炸，也没有证据表明中心黑洞即将沿着银河冲向地球。
它让人紧张的，是尺度和环境；让科学家着迷的，是我们真的能把这些东西一点点量出来。
如果未来真能站在一艘安全的观测飞船上，从远处望向那里，最先让你惊讶的未必是黑。
周围的恒星会很拥挤，气体在不同波段下呈现复杂结构，最深处的目标却依然不能直接发光。
危险与热闹挤在同一个地方，恒星还在沿着各自的路线赶路，丝毫没有给我们的直觉留面子。
银河系中心最有意思的秘密，就藏在这种反差里：一个黑洞已经被多条证据确认，一群年轻恒星的来历仍值得追问。
S2每绕完一圈，都替我们补上几笔答案。
夜空里那些看似静止的小点，其实正在最极端的引力场旁边跑。
我们暂时去不了，却已经能听懂它们脚步里的信息。
