2025年初,詹姆斯·韦伯太空望远镜传回的数据揭示了一个令人不安的现象:在可观测宇宙的边缘,散布着至少300个微小的红色光点,它们形成于宇宙大爆炸后仅6亿年的极早期。
这些被称为“小红点星系”(Little Red Dots)的天体亮度异常,暗示着它们拥有巨大的质量和数量惊人的恒星——而这在宇宙如此年轻时理论上是不可能的。
哈佛史密森天体物理研究中心的团队在《天体物理学杂志》上发表的最新研究显示,这些红点几乎完全不产生X射线,而X射线是活跃星系核的标志性特征。
詹姆斯·韦伯太空望远镜自升空以来,不断刷新着人类对早期宇宙的认知。它最新的发现让天文学家们既兴奋又困惑:在宇宙边缘区域,散布着至少300个呈现为小红点的天体。
这些小红点位于宇宙大爆炸后仅6亿年的时期,距离地球约135亿光年。
根据它们的亮度,天文学家计算出这些小红点星系的质量和恒星数量远超理论预期。在宇宙如此年幼的阶段,根本不应该有足够时间形成如此庞大的天体结构。
“根据现有理论模型,早期宇宙根本没有足够时间让它们发展到如此规模,”天文学家在报告中写道。
更令人不安的是,当科学家试图寻找活跃星系核的标志性信号——X射线时,他们几乎一无所获。
无论是单独观测还是叠加55个小红点星系、总曝光时间近4亿秒的数据,都未能检测到有效信号。
面对这些神秘红点,科学家们首先提出了一个看似合理的解释:这些红点可能是中心拥有超大质量黑洞的活跃星系核(AGN)。
活跃星系核理论可以解释它们异常高的亮度,而不需要假设它们拥有超大质量。如果亮度主要来自黑洞周围的吸积盘,那么这些星系本身的质量就不必达到理论预测的巨大值,从而与现有星系演化模型不矛盾。
然而,这个假设很快被观测数据推翻。活跃星系核周围的吸积盘受热后,都会产生强烈的X射线,这是它们的一个标志性特征。
哈佛史密森天体物理研究中心的科学家在《天体物理学杂志》上发表论文称:“除了极个别的孤例,无论是单一的,还是堆叠的目标,都没有探测到,或只探测到了极度微弱、没有可信度的信号”。
这一发现彻底改变了科学家对小红点本质的认知。没有X射线信号意味着没有吸积盘,没有吸积盘就意味着极高的亮度不可能来自超大质量黑洞。
在活跃星系核理论被推翻后,一些科学家提出了另一个可能的解释:“超爱丁顿吸积”状态。
超大质量黑洞的吸积过程通常受到“爱丁顿极限”的制约。这是天体物理学中的一个基本概念:当天体向外的辐射压与向内的引力达到平衡后,吸积率就会达到上限,亮度也会达到上限。
如果吸积盘处于“超爱丁顿吸积”状态,黑洞会继续吸积过程,表现得极度明亮,同时缺乏X射线的产生。
为了验证这一假说,研究人员利用钱德拉X射线天文台对55个小红点星系进行了深度观测,累计曝光时间近4亿秒。
“处于‘超爱丁顿吸积’状态的黑洞实际上也会产生X射线,但这些光子会被困在吸积流中,”研究人员解释道。
“它们会被外流物质和星际风吸收或散射,或被黑洞周围的物质壳遮蔽。因此它们产生的是低能的软X射线”。
然而,即使经过如此深度的观测叠加,科学家们依然未能检测到任何有效信号。这一结果推翻了现行的“超爱丁顿吸积”模型,将科学家们推向了理论困境的边缘。
小红点星系的谜团并非孤立现象。2022年澳大利亚物理实验室的一项研究已经让科学界震惊:在135亿光年外的宇宙区域,物理常数与太阳系周围存在差异。
该团队通过对“J1120+0641”序列类星体的红移和光谱数据分析,首次直接测量了遥远宇宙区域的“精细结构常数”,发现其数值与地球附近不同。
这一发现冲击了现代宇宙学的基础——宇宙学原理。该原理认为,无论身处宇宙何处,物理定律都是相同的。
“宇宙自奇点大爆炸以来,科学界的研究基础都是建立在‘规律对等’的条件上,”研究人员指出。
在三维宇宙中,万有引力、光速不变、熵增熵减都被认为是恒定的、默认相同的。
更根本的危机来自物理学的基础常数。英国粒子物理学家哈利·克里夫曾指出,宇宙中存在两个“最危险”的量值:希格斯场的强度和暗能量的强度。
希格斯场赋予粒子质量,但其强度值比理论预测的“完全值”小1亿亿倍。
而暗能量的实际观测值比量子场论预测值小10¹²⁰倍(1后面跟着120个零),被克里夫称为“物理学史上最糟糕的理论预测”。
宇宙学家安德烈·莱恩提出,我们的宇宙可能并非万物的终点,而是无限子宇宙链条中的一个微小环节。
“自大爆炸以来,宇宙的大部分区域仍在持续膨胀,而这种膨胀只会在某些气泡状区域内停止,”莱恩解释道。
“因此,每个宇宙世界都可能拥有独特的自然常数值和物理定律”。
在这一理论框架下,我们宇宙中那些看似“微调”的物理常数——如恰好的希格斯场强度和微弱的暗能量——可能只是多重宇宙中的一个幸运样本。
“在多重宇宙的大多数宇宙中,要么暗能量非常强大,将那些宇宙撕裂;要么希格斯场足够小,导致任何原子都无法形成,”克里夫指出。
小红点星系和宇宙常数异常,可能是我们邻近的“宇宙气泡”具有不同物理规律的证据。
时间本身的概念也在被重新审视。英国萨里大学2025年2月的一项量子力学研究表明,在某些量子系统中,“时间之箭”可以双向流动。
研究人员发现,即使在描述开放量子系统的方程中,无论系统是向前还是向后移动,方程的行为仍然相同。
“这一发现为‘时间反转对称性在开放量子系统中仍然成立’的观点提供了数学基础,表明‘时间之箭’可能并不像人们体验的那样固定,”研究团队表示。
在宇宙尺度上,人类能够观测的极限是465亿光年半径的球体空间,称为哈勃体积。但这只是整个宇宙的一小部分,宇宙的实际大小可能远超我们的观测能力。
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