詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）在回顾过去观测宇宙早期时的图像时，向天文学家展示了一个极为奇特的景象：数百个小红点莫名其妙地点缀在远古宇宙中。它们究竟是什么？过去几个月里，学界逐渐形成共识——这些被称作“红宝石”的斑点是宇宙中一种全新类型的天体。
一位艺术家对黑洞恒星的构想，这是许多天文学家倾向于用来解释小红斑的理论。图片来源：MPIA/HdA
这些斑点因其在JWST图像中紧凑的尺寸以及发射长波“红”光而得名，最初令天文学家困惑不解。因为它们看起来过于致密而不像星系，但发射的光谱类型又不符合黑洞特征。研究人员很快将这些JWST于2022年首次探测到的斑点称为“宇宙破坏者”，因为它们与关于早期宇宙特征的标准观点相悖。
许多科学家认为，小红点（LRDs）是黑洞与恒星之间的混合体：一个活跃的黑洞被包裹在一层炽热、稠密的气体茧中——很像恒星的大气层，当黑洞使其升温时，这些气体就会发光。相比之下，更传统的黑洞不会以同样的方式发光。
即使天文学家对这些神秘点的性质确定了一个领先的理论，他们仍然有很多问题：LRDs 是否只存在于最古老的宇宙中，还是也存在于更近代的宇宙区域？它们随时间如何演化？它们最初又是如何形成的？
在JWST首次观测到LRDs 的3年后，已有约200篇研究手稿在arXiv预印本服务器上发布，其中一些尚未经过同行评审。《自然》汇总了近3个月内发表的几项亮点研究，这些研究正在揭示这一诱人的新天体类别。
最关键的LRD是一个名为“悬崖”的天体，它为黑洞-恒星模型提供了迄今最有力证据。该天体得名于其发射光谱的急剧断裂：在一个显示该天体在某一时刻发出光的波长的图表中，在可见光谱之外，其发出的紫外线辐射几乎为零，但在能量稍低的波长的光中，辐射却突然激增。
“这种急剧的转变不是正常星系所能做到的。”德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的天文学家Anna de Graaff 说。他是上月发表于《天文学与天体物理学》上的一篇论文的合著者。“而且邻近宇宙中的黑洞看起来也不是那样。所以，这是第一个能够排除大量模型的天体。”因此，论文作者将“悬崖”称为“非凡的红宝石”。
对光辐射峰值的分析表明，该天体一定能量极高，如同黑洞，但也一定被包裹温暖、致密的气体中，类似于恒星的大气层。研究人员对该天体的解释与今年早些时候描述的一个被气体包裹的黑洞模型相吻合，于是，黑洞恒星诞生了。
除了确定LRDs是什么，天文学家还对它们如何演化感到好奇。一些人认为，这些红宝石可能会成为星系的中心。德国汉堡大学的天文学家Jan-Torge Schindler 表示，他们上月发表在《自然-天文学》上论文中重点研究的那个LRD被8个邻近星系所环绕，并且嵌入在一个特别巨大的暗物质团块中。暗物质这种不可见的实体将星系群束缚在一起。如此巨大的暗物质晕通常包含类星体，即某些星系中心极其明亮的核。
还有两项研究进一步通过一些极端例子来探究LRDs：一些最近的和最远的观测。在7月份发布的一篇预印本中，天文学家描述了距离地球10亿光年左右的3个LRDs。这比大多数距离地球约120亿光年至130亿光年的LRDs更接近我们所在的宇宙区域。距离地球相对较近的天体不像遥远的天体那样能被观测到。因此，这一发现暗示，这些斑点不仅是宇宙早期状态的“居民”，甚至可能出现在一个更成熟的宇宙中。
与此同时，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家Anthony Taylor 和同事则为那些邻近的斑点找到了完美的补充。他们在8月发表于《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中描述的LRD尤其遥远，这意味着天文学家研究该天体时，实际上是回溯到大爆炸后5亿年的时期。
Taylor希望通过凝视远古宇宙，能进一步理解这些系统究竟是如何形成的。凭借未来的观测，他期望看到天文学家将如何继续拼凑这个宇宙谜题。
一个超过60亿光年的星系团。 图片来源：欧洲空间局
一个国际天文学家团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜的数据，在名为COSMOS-Web的天空区域发现了迄今为止检测到的最大星系群样本。这项研究标志着银河系外天文学的一个重要里程碑，为星系的形成和演化以及宇宙的大尺度结构提供了前所未有的见解。发表在新一期《天文学和天体物理学》杂志上的新图像目录包含了近1700个星系群的信息。
这些图像覆盖了大约从120亿年前到10亿年前的时间段，捕捉到了超过60亿光年外的星系团，其中一些被欧洲空间局评为本月最佳图片。研究团队使用韦布望远镜探测到1678个星系群或原始星系团，这是有史以来最大的、最深的星系群样本。这使得研究人员能够研究过去120亿年间星系群的演化过程。
星系群和星系团是包含暗物质、热气体以及大质量中心星系的复杂环境，通常还拥有超大质量黑洞。这些组成部分之间的相互作用对星系的生命周期和星系群及星系团本身的演化至关重要。通过揭示这些宇宙结构的历史，天文学家能更好地理解它们如何影响大规模星系和宇宙最大结构的形成和发展。
星系并非均匀分布于整个宇宙中，而是倾向于聚集在由细丝和墙壁连接起来的密集区域内，形成了所谓的“宇宙网”。真正的孤立星系很少见，大多数星系位于小规模的星系群中，通常包含三到几十个星系，或者更大的星系团中，可能包含数百乃至数千个因引力结合在一起的星系。例如，银河系属于一个本星系群的小集合，其中包括仙女座星系和其他较小的星系。
正如人类组成家庭一样，星系也会聚集形成群体。星系群和星系团之所以重要，是因为它们内部的星系可以相互作用并合并，导致星系结构和形态的变化。研究这些环境有助于了解暗物质的作用、超大质量黑洞的影响，以及填充星系间空间的热气体的历史。
由于新的星表涵盖了从10亿年前至120亿年前的观测数据，科学家现在能够对比宇宙中最早期的结构与较近期的结构，从而更深入地了解星系群及其演化历程。研究星系群的历史还能帮助天文学家探索那些位于星系群中心的巨大且最亮的星系——星系群主星系，是如何通过反复合并形成的。这一研究成果不仅扩展了人们对宇宙的理解，也为未来的研究开辟了新的道路。
（原标题为《银河系外天文学重要里程碑，韦布望远镜观测到史上最大星系群样本》）
