04 8月 2023

星星不是這樣的:韋伯望遠鏡在太空發現三個神秘物體

 於恆星來說,它們太大太重了,對於星係來說,它們形成得太快了。 天體物理學家仍然只有一種解釋,而且似乎絕對令人難以置信。

太空中的韋伯望遠鏡。 封面©蓋蒂圖片社 

有可能在太空中發現了這樣的物體,對此仍然只能在理論上形成任何想法。 一般來說,為了了解什麼是星星,最好了解它們是如何獲得的以及它們是如何工作的。 這裡最重要的一點是:我們在天空中看到的任何恆星都有一個熱核反應堆 - 這是它的核心。 氫在這裡轉化為氦,釋放出大量的熱量和光。


但這還有另一個驚人的效果:熱核過程抵消了巨大的引力,引力總是將一切擠壓到中心。 如果沒有他們,恆星就會立即崩潰。 事實上,這正是當它老化並且氫氣耗盡時會發生的情況。 核心收縮,並根據恆星的質量,變成以下三顆之一:太陽和類似的中等恆星將留下一顆直徑約 2000 公里的白矮星,參宿四(比太陽重 15 倍)-中子星,即由一個中子組成的超密集星團,其大小約為40 公里。例如,大麥哲倫星雲(R136a2) 中的一顆引人注目的恆星的質量為195 個太陽,因此很有可能在這段明亮的生命結束時,它燒毀的重核將塌陷成一個黑洞,甚至比中子星還小。


同時,中子星中包含大約兩個太陽的質量,黑洞通常“重”至少六個半太陽,儘管疑似物體也更容易被發現。 最大的黑洞質量恰好是恆星質量,即大恒星的殘骸,包含大約 30 個太陽。 確實,在雙子座中,他們觀測到的重量是雙子座的兩倍,但即便如此。 即使是最令人難以置信的仍然活著並且尚未在任何地方坍縮的恆星,其質量也不會超過 200-300 個太陽。 無論如何,肯定不是數千。


因此,當科學家在太空中看到一個質量為數百萬個太陽的物體時,他們絕對確定這絕對不可能是一顆恆星。 理論上,只有整個星系中心的超大質量黑洞才能在太空中擁有如此質量。 例如,就像我們銀河系中心的那個——四百萬個太陽。 也就是說,簡單來說,當科學家看到這樣的東西時,他們就相信他們看到了一個星系。 

對象 JADES-GS-z11-0(位於左側上方突出顯示的方塊中)、JADES-GS-z12-0(左側下方方塊)和 JADES-GS-z13-0(右上角),可能會出現成為超大質量的“暗星”。 照片 © NASA / webbtelescope.org 


現在,他們在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的最新圖像中看到了此類物體,該望遠鏡的功能是獨一無二的。 天文台觀測到的地方,宇宙本身只有幾億年的歷史。 回想一下,它現在已經有 138 億年的歷史了。 因此,天體物理學家計算出,在那個遠古的距離中,有三個物體是在大爆炸後僅 330、370 和 4 億年形成的。 更準確地說,它們在韋伯照片中被捕捉到了當時的樣子。 也就是說,它們很可能出現得更早。 這破壞了宇宙早期演化的全貌:科學家們一生都相信,對於大爆炸後從普遍均勻的氫霧中形成非常巨大的物體來說,300-4億年的時間太短了。 他們認為,單個恆星可能已經發光,但整個星系仍需要更多時間。


但天體物理學家心中有一個非常有趣的想法:暗物質。 這是科學家在任何望遠鏡中都看不到的東西,但通過太空中存在的一切事物的“行為”,他們感覺宇宙中存在著絕對巨大的隱藏質量。 它比太空中所有可見物質的質量大得多。 相比之下:我們在望遠鏡照片中欣賞到的一切只是宇宙的可憐的4%,而神秘的不可見物質已經超過了20%。 天體物理學家已經意識到,這種暗物質是一種骨架,所有可見物體都棲息在其上。 所有星係都位於這種暗物質的巨大橢球體內——即所謂的光暈中。 星係是這種看不見的織物上閃閃發光的點綴。 他們正是以此為基礎而崛起,也正是以此為基礎。


因此, 科學家們認為 ,理論上暗物質可能包含可見物質,而不是數百萬顆恆星的星團,而是一顆恆星,但其質量相當於一個星系。 因此,研究人員認為這種神秘的暗物質是我們尚未學會識別的粒子。 既然存在粒子,那麼從前就可能存在它的對立面——反粒子。 例如,在我們的可見世界中,有電子和正電子、質子和反質子。 暗物質也是如此。


如果這一切都是如此,那麼暗物質的粒子和反粒子可能會在宇宙誕生之初相互碰撞並相互湮滅——湮滅。 而此時此刻,大量的熱能被釋放出來。 也就是說,事實上,它是熱核反應堆的類似物。 以完全相同的方式,粒子的這種不斷的相互湮滅可以用其能量抑製完全難以想像的可見物質質量的崩潰。 科學家們寫道,在這三個神秘物體中,暗物質的強度僅為 0.1%,但即使這樣也足以支撐這樣一顆超大質量的恆星。 然後,根據科學家的說法,這種暗反物質應該結束,湮滅停止——然後如此大量的普通物質應該坍縮成超大質量黑洞。 因此,在時間之初,這種巨大的“暗星”實際上可能首先出現,然後它們變成黑洞,成為未來星系的中心。 

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