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先有星系还是黑洞?新研究颠覆既有理论

  传统的理论认为,宇宙中先有恒星与星系的存在,后来才出现黑洞。但刚发表的一项研究表明,在宇宙初期,星系与黑洞不但共存,而且互相影响,这完全颠覆了人类对这个领域的认知。

  美国约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)在2月6日发布的新闻稿中指出,传统的理论主张说,星系在宇宙初期形成,而在星系中的超大质量恒星塌缩之后,黑洞才形成。

  但由该校天体物理学教授西尔克(Joseph Silk)所领导的研究团队借由詹姆斯‧韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)所进行的观测发现,宇宙初期的遥远星系似乎比科学家预期的明亮许多,而且有非常多的年轻恒星和黑洞。

  该研究团队的分析称,在宇宙最初的1亿年里,黑洞和星系共存,而且互相影响彼此的命运。科学家相信,宇宙是在138亿年前经由大爆炸产生的。

  西尔克表示,如果整个宇宙的历史以12个月来计算,那这1亿年就相当于1月的前几天。

  西尔克说,在宇宙初期,黑洞催生了大量恒星,促使星系形成,这完全颠覆了科学家对星系如何形成的认知。

  所谓黑洞是太空中重力非常强大的区域,强到任何东西都会被它吸入,就连光线也是如此。因为这种力量,黑洞能产生强大的磁场,这些磁场会生成猛烈的风暴,而风暴会喷射出汹涌的电浆(又称等离子体),如同巨大的粒子加速器。

  西尔克说,这个过程可能是韦伯太空望远镜观测到的黑洞与明亮的星系比科学家预期的还多的原因。

  西尔克的研究团队预测,年轻的宇宙历经了两个阶段。在第一阶段,黑洞喷出的高速粒子流加速了恒星的形成,而在第二阶段,高速粒子流的喷出缓慢下来。

  西尔克说,在宇宙大爆炸后的几亿年里,气体云因为超大质量黑洞的磁场风暴而塌缩,此时恒星诞生的速率远超过几十亿年后的正常星系中的恒星诞生速率。

  他说,恒星诞生速率变慢是因为强大的高速粒子流喷出转变成能量保存状态,减少了星系中形成恒星所需的气体。

  他说:“我们认为,星系一开始是在巨大的气体云塌缩时形成的。”

  他提到,令人意外的是,巨大的气体云中有“种子”,也就是庞大的黑洞,它以比科学家预期更快的速率协助气体云内部成分迅速生成恒星,所以第一批星系极为明亮。

先有星系还是黑洞?新研究颠覆既有理论

  此为星系中央的黑洞发出辐射的示意图。(Shutterstock)

  该研究团队预期韦伯太空望远镜将来能观测到宇宙初期比较精确的恒星与黑洞数量,这有助于确认他们的估算。

  西尔克希望这些观测也能协助科学家把更多有关宇宙演化的线索拼凑起来,让他们找到很多问题的答案。

  上述研究结果发表于《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical Journal Letters)上。

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