那是 2022 年夏天，就在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 開始傳輸第一批科學圖像幾週後。天文學家注意到意想不到的圖案 那是一個小紅點。由於 JWST 的靈敏度，這些超緊湊的紅色物體散佈在整個新調查中，顯得非常清晰，而且比預期的要大得多。這一發現表明存在一些哈勃太空望遠鏡無法探測到的新的遙遠天空源。限制是合理的。在天文學中，將某物稱為“非常紅”意味著它主要發出長波長的光。小紅點 它們在中紅外區域發出大量波長超過百萬分之十米的光。哈勃望遠鏡無法觀測那麼長的波長，而 JWST 是專門設計來能夠訪問它們的。
後續數據清楚地表明這些物體非常遙遠。即使是距離我們最近的行星，光也需要 120 億年才能到達。因為超越太空就是回顧過去。所以我們看到這些物體出現在 120 億年前，或者說大爆炸後大約 18 億年。
早期的理論指向巨大的年輕星系。
這一發現提出了更困難的問題。在解釋天文觀測時，研究人員依賴於描述不同類型物體的模型。它應該是什麼樣子？天文學家之所以能夠自信地識別恆星，只是因為他們知道恆星是由重力聚集在一起的巨大等離子體球體。從核聚變反應產生能量。他們還知道星星應該如何出現在圖像和稱為光譜的光的詳細測量中。當物體的外觀和光譜都匹配時，就可以可靠地分類
小紅點 它們不屬於任何熟悉的類別，因此天文學家開始考慮更嚴肅的解釋。早期的建議表明，這些物體是異常密集的星系，充滿了大量的恆星。由於厚厚的灰塵，它呈紅色。為了可視化這種密度，想像一下將太陽系放置在一個立方體中，每邊一光年。在我們的空間中，立方體將只包含太陽。在擬議的星系中，同一個立方體將容納數十萬顆恆星。
在銀河系中，只有中央核具有與恆星密度相近的距離。該區域仍然只包含模擬小紅斑所需恆星的大約千分之一。如果這些星系在大爆炸後不到十億年的時間內就充滿了太陽質量數千億倍的恆星，這也將挑戰星系如何形成的基本理論。正如合著者王冰潔（賓夕法尼亞州立大學）指出的那樣：“這樣一個星系的夜空將是明亮而閃閃發光的。如果這種解釋持續下去，這表明恆星是通過以前從未觀察到的特殊過程形成的。”
活躍星系還是星系核？科學分工
討論很快展開。一些研究人員喜歡星系擁有許多恆星和大量塵埃的想法。而其他人則認為，這個微小的紅點實際上是一個被大量塵埃遮蔽的活躍星系的核心。當物質螺旋進入星系中心的黑洞時，就會形成活躍的星系核。它們形成了一個極其熱的吸積盤。然而，這種解釋也面臨著問題。微小紅點的光譜與紅色塵埃活動星系核有顯著不同。這種情況也將這些物體定位為質量極大的超大質量黑洞的所在地。遠遠超出預期 考慮到 JWST 檢測到的微小紅點的數量，
儘管存在衝突，但天文學家在一點上達成了一致。為了解開這個謎團，他們需要更多信息。詹姆斯韋伯太空望遠鏡的初步研究結果提供了一幅圖景，但理解物理學需要光譜。這揭示了物體在不同波長下發出的光量。由於主要望遠鏡需要時間，確保此類觀測具有挑戰性。競爭激烈。隨著小紅點的意義逐漸清晰，許多團體開始要求時間觀察。其中一項成功的提案是 RUBIES 項目，由馬克斯·普朗克天文研究所的 Anna de Graaff 領導，該項目是“紅色未知數：明亮星系外紅外巡天”的縮寫。
RUBIES 調查揭示了極端例子
據 Raphael Hviding (MPIA) 稱，2024 年 1 月至 12 月期間，RUBIES 團隊花費了近 60 個 JWST 小時收集了 4,500 個遙遠星系的光譜，創建了有史以來最大的 JWST 光譜數據集之一。 “在該數據集中，我們發現了 35 個微小的紅點，其中大多數是使用公開可用的 JWST 圖像發現的。但新形成的斑點卻是最強烈、最引人注目的物體。”最引人注目的發現發生在 2024 年 7 月。他們將一個超遠樣本命名為“懸崖”，光從該樣本傳播了 119 億年（紅移 z=3.55），其特性表明它是微小紅點群的異常清晰的表徵。因此是檢驗任何理論的重要對象。關於他們
懸崖因其在光譜中引人注目的外觀而得名。在通常屬於紫外線區域的區域中，光譜顯示出非常陡峭的增加。由於宇宙的膨脹，該波長因此被拉伸到其原始值的近五倍。通過將其放置在近紅外區域。這是一個稱為宇宙紅移的過程。這種突然的增加被稱為“巴爾默斷裂”，巴爾默斷裂出現在普通星系中。在形成很少或沒有新恆星的星系中尤其如此。但它比懸崖上看到的要弱得多。
測試每一個已知的描述。
布爾默異常尖銳的捕捉使懸崖與小紅斑的兩種解釋相矛盾。德格拉夫和她的同事根據該物體的光譜測試了各種星系和活動星系核模型。通過嘗試重新創造其獨特的特徵。每一代人都會失敗。
安娜·德·格拉夫 (Anna de Graaf) 在 2024 年 9 月中國和英國研究人員的研究中表示：“懸崖的極端品質迫使我們重新開始並創建新模型”。德格拉夫的團隊提出一些布雷克特徵可能來自恆星以外的來源，並開始研究他們自己的相關想法。布爾默爆發可以出現在單個極其熾熱的年輕恆星的光譜中。在一個擁有許多此類恆星的星系中，懸崖的光譜令人驚訝地類似於一顆非常熱的恆星的光譜，而不是整個星系的光譜。
新模型出現：黑洞星 (BH)*
基於這個想法，德格拉夫和她的合作者引入了一個新概念，他們稱之為“星形黑洞”，在模型中表示為 BH*。中央引擎是一個活躍的星系核，其中包含一個帶有吸積盤的超大質量黑洞。但整個系統不是被灰塵所籠罩，而是被一層厚厚的氫氣所籠罩，氫氣發出微紅的光芒。 BH*天體不是真正的恆星，因為其核心不發生核聚變反應。周圍的氣體它們也比任何東西都更具破壞性。在恆星大氣中發現是很正常的。即便如此，基本的身體狀況還是相當的。活躍的星系核加熱周圍的氣體包層。類似於聚變加熱恆星外層，使它們具有相似的外觀
該團隊提出的模型可作為概念的初步證明。還是與數據不完全相符。但它比前幾代產品更成功地創造了可觀察到的特徵。光譜的急劇上升激發了“懸崖”這個名字的靈感，可以用活躍星系核周圍的緻密、湍流的球形氣體包層來解釋。如果這種解釋是正確的，那麼懸崖將代表一種由中心黑洞的恆星主導的極端情況。小紅點的其餘部分由 BH* 以及來自周圍恆星和氣體的光組成。不同的
對早期星系快速增長的影響
如果 BH* 物體確實存在，它們可以幫助解決一個長期存在的謎團。先前對相對較小的中等質量黑洞的理論研究表明，這種氣體包裹的結構可能使黑洞在早期宇宙中快速生長。詹姆斯韋伯太空望遠鏡已經揭示了早期宇宙中存在異常大黑洞的證據。如果超大質量黑洞以同樣的方式增長，它們可能會提供一種新的機制來解釋這種快速增長。 BH*天體是否能實現這一目標仍不確定，但如果能實現，將對早期星系演化模型產生深遠影響。
儘管有這些有希望的見解，但仍然需要謹慎。結果是新穎的，並且遵循只有在被同行評審期刊接受後才報告科學工作的標準做法。這些想法是否會獲得廣泛接受將取決於未來幾年收集的更多證據。
遺留的謎團和未來的觀察
這一新發現是向前邁出的重要一步。他們提出了第一個可以解釋懸崖的巴爾默劇烈破裂的模型。然而，他們也提出了新的問題。像這樣的黑洞恆星最初是如何形成的？是什麼讓它不尋常的氣體包層能持續這麼長時間？ （當黑洞消耗氣體並且必須補充時尤其如此。） 其他光譜特徵 懸崖是如何產生的？
解決這些問題需要理論建模和額外的觀察。 De Graaff 的團隊計劃於明年進行 JWST 後續調查。它的目標是懸崖和其他特別感興趣的小紅點。
這些未來的研究將有助於確定黑洞恆星在早期星系的形成中扮演什麼角色。無論真實與否，可能性都很有趣。但這還遠未解決。
背景及研究團隊
這裡描述的工作已被 A. de Graaff 等人接受出版。 “非凡的紅寶石：稠密氣體中的吸附。”這會導致 z = 3.5 英寸處的小紅色巴爾默點發生碎片，而不是恆星演化。 天文學和天體物理學– 由 Raphael Hviding 領導的一篇論文，展示了 RUBIES 調查中更廣泛的小紅點樣本，該論文發表在同一期刊上，標題為“RUBIES：小紅點的光譜普查 – 寬線 V 形連續體中所有點的來源”。
參與的研究人員包括馬克斯·普朗克天文學研究所的 Anna de Graaff、Hans-Walter Rix 和 Raphael E. Hviding，以及 Gabe Brammer（宇宙黎明中心）、Jenny Greene（普林斯頓大學）、Ivo Labbe（斯威本大學）、Rohan Naidu（麻省理工學院）、Bingjie Wang（賓夕法尼亞州立大學和普林斯頓大學）以及其他合作者。
