面对早期黑洞和不应该存在的星系的观测结果，科学家们提出了大量新理论来解释这些现象。现在，他们只需要弄清楚哪些理论是真实的。引言 当夏洛特·梅森思考宇宙奥秘时，她喜欢涂鸦。“我非常喜欢视觉化，”她说。“我通常会画很多图片试图理解发生了什么。”梅森是哥本哈根宇宙黎明中心的一名天体物理学家，最近她在纸上填满了“红点”的草图，这些令人困惑的物体在詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）拍摄的图像中被发现了数量庞大。在望远镜于2022年上线之前，红点从未被观察到。但我们现在知道，它们大约在大爆炸后6.5亿年左右开始大量出现。这些点只是JWST对早期宇宙观察所揭示的令人兴奋的奥秘之一。其他的还包括看似对其年龄大得不可思议的黑洞，以及与我们对大爆炸后第一个十亿年预期的认知完全相悖的古老星系。起初，科学家们感到震惊：JWST揭示的宇宙与我们对天体物理学的理解根本不相符。现在，一波新的理论提供了诱人的解决方案——但哪一种描述了现实仍然是一个悬而未决的问题。 最近的想法表明，红点可能是被厚气体包裹的黑洞，可能代表一种完全新型的物体，称为黑洞恒星，其中紧密的气体覆盖层像恒星大气一样发出光。“这就是我的黑洞，”梅森说，并在纸上画了一个小圆圈并填充它。“我可能会在上面加一个圆盘，因为我们认为那是一些辐射发出的地方。”她在圆圈的中央画了条线。“那么一种幼稚的图像就是黑洞周围就像这样一个致密的气体云。”她在物体周围画了一个更大的圆圈。但梅森认为，这些宇宙谜团可能还有更深层次的意义。她和同事最近分析了一个红点所发出的光谱。如果浓密云的图像是正确的，那么一些光应在通过气体时被改变——但他们所看到的并非如此。“现在我该怎么办？重新开始。但现在如果我让我的气体变得不均匀，”梅森说，画了一个新的图示，在黑洞周围的云里留有空洞，“我应该能得到一个看起来更接近的信号。”在世界各地，像梅森这样的研究人员正在急切地拼凑JWST对古代宇宙的瞥见，以更清晰地描绘我们宇宙的起源。就像为了到达我们而旅行数十亿光年的光子一样，新的碎片也不断地在形成。宇宙的无底深渊 黑洞的故事因JWST而变得更加复杂，它不断发现古老的黑洞，这些黑洞的大小无法用现有理论进行解释——大得多。大爆炸后不久，宇宙大体上是没有特征和光滑的。然后，仅仅几亿年后，“我们已经看到十亿太阳质量的黑洞在生长，”普林斯顿大学的天体物理学家珍妮·格林说。“为了让它们这么快变得那么大，你必须做一些体操。”科学家们关注影响黑洞大小的两个关键因素：最初黑洞“种子”的质量和这些种子在此后的生长速度。但很难解释黑洞是如何在早期宇宙的某些时间既形成得足够大，又能迅速增长到十亿倍太阳质量的。在现代宇宙中，当一颗大质量恒星的核心耗尽燃料并坍缩时，黑洞会形成。考虑到第一批恒星非常庞大，格林表示，它们可能留下最高可达约100个太阳质量的黑洞种子。“我们知道这是发生的，但在这么短的时间内让它们成长到十亿个都是非常非常困难的，”她说。“你真的得强行喂养它们。”科学家们历史上一直认为黑洞的生长速度有一个硬性极限。当物质向黑洞坠落时，它在周围旋转时变得炽热，像水下水道一样。这个“吸积盘”产生的辐射会抵消更多物质的进入，防止黑洞消耗更多。这一摄取极限被称为爱丁顿极限，应该使得黑洞在可用时间内无法增长到数千万倍。但最近的计算机模拟表明，黑洞可能有一些“后门”。如果吸积盘以恰当的方式膨胀，进入的气体可能会压倒辐射压力。这种“超爱丁顿”的吸积将导致气体以超凡的速度涌入。尽管如此，天文学家仍然不知道周围是否会有足够的气体来产生最大的黑洞。一些研究人员认为，古老、致密的星团可能创造了很多黑洞种子，这些种子迅速演变。