黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体早期宇宙中似乎不可能存在超大质量黑洞，这已经是个问题了；詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了更早的超大质量黑洞星系，这只会让问题变得更糟。在最新的例子中，研究人员利用韦伯望远镜描述了一个由超大质量黑洞驱动的类星体，它存在于宇宙大爆炸后大约7.5亿年。它看起来正常得令人震惊。类星体是宇宙中最亮的天体，由主动进食的超大质量黑洞提供能量。它们周围的星系为它们提供了足够的物质，使它们形成了明亮的吸积盘和强大的喷流，两者都会释放出大量的辐射。它们通常有一部分被尘埃笼罩，尘埃吸收了黑洞释放的部分能量后会发光。这些类星体发出的辐射量非常大，最终会把附近的一些物质完全赶出星系。因此，早期宇宙中存在的这些特征将告诉我们，超大质量黑洞不仅存在于早期宇宙中，而且还与星系融为一体，就像近代的星系一样。但是要研究它们却非常困难。首先，我们发现的超大质量黑洞并不多；只有九颗类星体可以追溯到8亿年前的宇宙。由于距离太远，很难分辨出它们的特征，而且宇宙膨胀引起的红移将许多元素的强烈紫外线辐射带到了红外线深处。然而，韦伯望远镜是专门为探测早期宇宙中的天体而设计的，它对这种辐射出现的红外线波长非常敏感。因此，新的研究是基于将韦伯望远镜对准九个早期类星体中第一个被发现的类星体--J1120+0641。它看起来并没有什么与众不同，或者至少很像宇宙历史上最近时期的类星体。研究人员对类星体产生的连续辐射进行了分析，发现有明显迹象表明，类星体被嵌入了一个炙热的、布满尘埃的物质甜甜圈中，就像在后来的类星体中看到的那样。这种尘埃的温度略高于一些较新的类星体，但这似乎是这些天体在宇宙历史早期阶段的共同特征。来自吸积盘的辐射在发射光谱中也很明显。通过各种方法估算出的黑洞质量值是太阳质量的109倍，这显然是超大质量黑洞的范畴。还有证据表明，从某些辐射的轻微蓝移来看，类星体正在以大约每秒350公里的速度向外喷射物质。有几个奇怪的现象。一是物质似乎还在以每秒约300公里的速度向内坠落。这可能是由于吸积盘中的物质远离我们而旋转造成的。但如果是这样的话，在吸积盘的另一侧向我们旋转的物质也应该与之相匹配。这种现象在非常早期的类星体中也曾出现过几次，但研究人员承认这种效应的物理起源尚不清楚。他们提出的一种解释是，整个类星体都在移动，由于早先与另一个超大质量黑洞合并，类星体被震出了星系中心的位置。另一个奇怪的现象是，高度电离碳的外流速度也非常快，大约是类星体后期外流速度的两倍。这种情况以前也出现过，但也没有任何解释。尽管有些奇怪，但这个天体看起来很像近代的类星体，观测结果表明，尘埃环和（吸积盘）的复杂结构可以在宇宙大爆炸后不到760Myr的时间内在（超大质量黑洞）周围建立起来。同样，这也是个问题，因为它表明在宇宙历史的早期，就有一个超大质量黑洞与其宿主星系融为一体。黑洞要想达到这里所看到的大小，就必须突破所谓的"爱丁顿极限"--在产生的辐射驱赶掉邻近的物质、掐断黑洞的食物供应之前，黑洞所能吸入的物质数量。这说明有两种可能。一种是这些天体在其历史的大部分时间里摄取的物质远远超过了爱丁顿极限--这是我们没有观测到的，而且这颗类星体也绝对不是这样。另一种可能是，它们一开始的质量就很大（大约是太阳质量的104倍），并以更合理的速度不断进食。但我们并不清楚这么大的东西是如何形成的。因此，早期宇宙仍然是一个相当令人困惑的地方。DOI:10.1038/s41550-024-02273-0...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435229.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435229.htm

包含宇宙中所有物质的详细新地图暗示了一些缺失的东西

包含宇宙中所有物质的详细新地图暗示了一些缺失的东西正如你所期望的那样，它并不是均匀地散开，而是有着一种随机性，所以某些地区的物质比其他地区多。随着时间的推移，密度较高的区域开始形成尘埃和气体云，然后凝结成恒星、星系和其他一切。通过研究今天宇宙中的物质分布，科学家可以更好地了解塑造宇宙的力量。这包括像暗能量这样的奥秘，暗能量被认为是推动宇宙膨胀随着时间而加速。现在，科学家们已经制作了迄今为止最精确的宇宙物质地图之一。这样做涉及到从两个不同的望远镜调查中收集大量的数据，并相互核对，这有助于减少一个数据集的任何错误干扰结果的可能性。第一个数据来源是暗能量调查，这个项目花了六年时间从智利的高空栖息地以近紫外、可见和近红外光扫描天空。第二个是南极望远镜，它研究宇宙微波背景（CMB）--大爆炸的余辉。新研究中比较的两张天空图--暗能量调查（左）和南极望远镜（右）。为了绘制该物质，科学家们专注于一种叫做引力透镜的现象。从本质上讲，具有巨大质量的物体实际上会扭曲时空本身，以至于光的路径在经过时将会弯曲。测量这种弯曲的程度可以让科学家们计算出一个特定区域内有多少质量，因此也有多少物质存在。该分析大多与目前最广泛接受的宇宙模型相吻合，即所谓的λ冷暗物质（ΛCDM）模型。然而，它可能不是一个完美的契合--该研究表明，物质聚集在一起的程度比我们想象的要小一些，这可能为一个全新的模型打开大门，以更好地解释现实。研究报告的作者埃里克-巴克斯特（EricBaxter）说："看起来当前宇宙中的波动比我们假设的锚定在早期宇宙的标准宇宙学模型中的波动略小。"这并不是我们所谓的标准宇宙学模型中出现的第一个裂缝。ΛCDM要求存在一种叫做暗物质的神秘物质，只能通过它对常规物质的引力影响来观察。然而，尽管天文学家们确信它的存在，但几十年的实验都未能直接探测到它。还有一个问题叫做哈勃张力，以一种方式观察宇宙的结果是一个所谓的哈勃常数的具体数值，但是ΛCDM模型在其他观察方法的支持下却得出了一个完全不同的数值。更奇怪的是，两者都越来越确定，但却没有重叠，这表明物理学一个全新领域的存在。新项目的研究人员承认，他们对物质不那么容易凝结的性质的观察还没有达到确定所需的统计学意义的水平，未来的工作可能有助于确认这一点。无论怎样，这个新的宇宙物质地图将为未来的研究提供一个良好的基础。这项研究发表在《物理评论D》杂志的三篇论文中。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343227.htm

天文学家找到关于宇宙基本结构的新视角

天文学家找到关于宇宙基本结构的新视角研究人员利用模拟研究了宇宙网，即在整个宇宙大尺度上存在的星系的丝状模式。通过将星系的分布视为一个点的集合，并应用为材料科学开发的数学技术，他们已经量化了宇宙的相对无序性，并对其基本结构有了更好的了解。资料来源：美国国家航空航天局/芝加哥大学和阿德勒天文馆和天文博物馆这项技术使人们能够应用为材料科学开发的数学来量化宇宙的相对无序性，从而能够更好地理解其基本结构。来自斯隆数字天空调查的宇宙中最大结构的可视化。资料来源：美国国家航空航天局/芝加哥大学和阿德勒天文馆和天文博物馆"我们发现的是，宇宙中星系的分布与传统材料的物理特性有很大不同，有其独特的特征，"该研究的共同作者奥利弗-菲尔克斯解释说。这项工作现在发表在《物理评论X》上，由萨尔瓦托雷-托尔夸托（SalvatoreTorquato）和奥利弗-菲尔克斯（OliverPhilcox）进行，前者是高级研究所的常客和访客，也是设在普林斯顿大学化学和物理系的刘易斯-伯纳德自然科学教授；后者是2020年9月至2022年8月在该研究所的访问博士生，现在是西蒙斯学会的初级研究员，主持在哥伦比亚大学。这个可视化图展示了宇宙中最大结构的三维视图。它从斯隆数字天空调查的数据开始，放大后显示了来自WMAP的数据。研究人员分析了由普林斯顿大学和Flatiron研究所产生的公共模拟数据。这1000个模拟数据中的每一个都由10亿个暗物质"粒子"组成，其由引力演化形成的星团可作为星系的代表。该论文的主要成果之一是关于成对星系的相关性，这些星系通过成对连接函数在拓扑学上相互连接。基于这一点以及在异质介质理论中出现的其他描述符阵列，研究小组表明，在最大的尺度上（几百兆帕斯卡的数量级），宇宙接近超均匀性，而在较小的尺度上（高达10兆帕斯卡），它几乎成为反超均匀性和强不均匀性。宇宙的一个截面（黑色和白色），暗物质光环用点表示，其相关的大尺度拓扑结构用颜色表示。资料来源：Philcox&Torquato;TheQuijoteSimulations"秩序和无序之间的感知转变在很大程度上取决于规模，"托卡托说。"乔治-修拉（GeorgesSeurat）在《大山的星期天》（ASundayonLaGrandeJatte）这幅画中使用的点彩技术（见下图）产生了类似的视觉效果；从近处看这幅作品显得无序，从远处看则高度有序。就宇宙而言，有序和无序的程度更加微妙，就像罗夏的墨迹测试一样，可以有无限种解释方式。"乔治-修拉的"LaGrandeJatte的星期天"。统计工具，特别是最近邻分布、聚类诊断、泊松分布、渗滤阈值和对连接度函数，使研究人员能够开发一个一致和客观的框架来衡量秩序。因此，他们的发现，虽然是在宇宙学背景下做出的，但也可以转化为其他一些动态的物理系统。这项跨学科的工作，结合了宇宙学和凝聚态物理学的技术，对两个领域都有未来的影响。除了星系的分布，宇宙的许多其他特征也可以用这些工具来探索，包括宇宙空隙和在宇宙再电离阶段形成的电离氢泡。反过来说，发现的关于宇宙的新奇现象也可能为地球上的各种物质系统提供启示。该团队认识到，在将这些技术应用于真实数据之前，还需要做更多的工作，但这项工作提供了一个强有力的概念证明，具有很大的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350167.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350167.htm

科学家利用机器学习识别数以千计的新宇宙物体

科学家利用机器学习识别数以千计的新宇宙物体天文学正在经历一场变革，因为来自数百万天体的大量天文数据可以轻易获得。这是由于大规模的调查和利用一流的天文观测站的细致观测，再加上开放数据的政策。毋庸置疑，这些数据对于许多发现和对宇宙的新认识具有巨大潜力。然而，手动探索所有这些天体的数据是不现实的，自动机器学习技术对于从这些数据中提取信息至关重要。但这种技术在天文数据中的应用仍然非常有限，而且处于初步阶段。在此背景下，TIFR-IIST团队将机器学习技术应用于美国钱德拉空间观测站在X射线下观测的数十万个宇宙物体。这表明了一种新的和热门的技术进步如何能够帮助和彻底改变基础和基本的科学研究。该小组将这些技术应用于大约277000个释放X射线的物体，其中大部分物体的性质是未知的。对未知物体的性质进行分类，相当于发现特定类别的物体。因此，这项研究让研究人员可靠地发现了成千上万的宇宙天体的类别，如黑洞、中子星、白矮星、恒星等，这为天文学界进一步详细研究许多有趣的新天体提供了巨大的机会。这项合作研究对于建立将新的机器学习技术应用于天文学基础研究的最先进能力也很重要，这对于科学地利用当前和即将到来的观测站的数据至关重要。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349399.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349399.htm

最新研究发现远古宇宙大爆炸后33个星系的“少年”特征

最新研究发现远古宇宙大爆炸后33个星系的“少年”特征研究来自远古宇宙的"少年星系"可以让科学家了解这些庞大的恒星系统是如何成熟和演化的。根据卡内基大学的格温-鲁迪（GwenRudie）和西北大学的艾莉森-斯特罗姆（AllisonStrom）领导的新工作，在宇宙大爆炸后20亿至30亿年刚刚形成的星系异常炽热，并发出来自镍等令人惊讶元素的光芒。研究来自远古宇宙的"少年星系"可以让科学家了解这些庞大的恒星系统是如何成熟和演化的。他们的研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）上，是CECILIA（利用星际极光中的电离线对化学演化进行约束）调查的一部分。去年七月，他们将美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）对准了33个经过特别挑选的古老星系，这些星系的光线经过100多亿年的传播才到达我们这里，他们用新望远镜凝视了这些星系一天多的时间，提供了迄今为止捕捉到的关于这些早期星系的最详细的视图。JWST望远镜拍摄的被称为"ElGordo"的星系团图像，它是"宇宙少年"的一个例子。图片来源：NASA、ESA、CSA、JoseM.Diego（IFCA）、BrendaFrye（亚利桑那大学）、PatrickKamieneski（亚利桑那大学）、TimCarleton（亚利桑那大学）、RogierWindhorst（亚利桑那大学）、AlyssaPagan（STScI）、JakeSummers（亚利桑那大学）、JordanC.J.D'Silva（亚利桑那大学）。J.D'Silva（西澳大学）、AntonM.Koekemoer（STScI）、AaronRobotham（西澳大学）、RogierWindhorst（美国空间大学）恒星形成与银河演化在宇宙年轻的时候，许多星系，包括本次研究选择的33个星系，都经历过一段密集的恒星形成期。如今，一些星系，比如我们的银河系，仍然在形成新的恒星，尽管速度没有那么快。其他星系则完全停止了恒星的形成。这项新工作可以帮助天文学家了解这些不同轨迹背后的原因。第一作者艾莉森-斯特罗姆（AllisonStrom）说："我们试图了解星系在140亿年的宇宙历史中是如何成长和变化的。利用JWST，我们的计划以青少年星系为目标，当时它们正处于成长和变化的混乱时期。青少年的经历往往决定了他们成年后的轨迹。对于星系来说也是一样。"美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的观测对这项研究至关重要。资料来源：美国国家航空航天局光谱分析和元素发现CECILIA团队研究了这些遥远星系的光谱，将它们的光分成不同的波长，就像三棱镜将阳光散射成彩虹的颜色一样。以这种方式观察光线有助于天文学家测量宇宙源的温度和化学成分。鲁迪解释说："我们将所有33个星系的光谱平均起来，创造出迄今为止所见过的最深的遥远星系光谱--这需要600个小时的望远镜时间才能复制出来。这使我们能够创建一个类似地图集的东西，为JWST未来观测非常遥远的天体提供参考。"利用光谱，研究人员能够识别出八种不同的元素：氢、氦、氮、氧、硅、硫、氩和镍。这些元素存在于这些星系中并不令人惊讶，但我们测量它们的光的能力是前所未有的，显示了JWST的强大功能。所有比氢和氦重的元素都是在恒星内部形成的。当恒星在超新星等剧烈事件中爆炸时，它们会将这些元素喷射到宇宙环境中，并融入下一代恒星。因此，通过揭示这些早期星系中某些元素的存在，天文学家可以了解恒星形成在演化过程中的变化。CECILIA团队对镍元素的存在感到惊讶，因为镍元素特别难以观测到。"我做梦也没想到我们会看到镍，"斯特罗姆说。"即使在附近的星系中，人们也没有观测到这种现象。星系中必须有足够多的元素存在，而且要有合适的条件才能观测到。从来没有人说过要观测镍。元素必须在气体中发光，我们才能看到它们。因此，为了让我们看到镍，星系中的恒星可能有一些独特之处。"富兰克林与马歇尔学院的合著者RyanTrainor补充说："JWST仍然是一个非常新的天文台。全世界的天文学家仍在努力找出分析我们从望远镜中获得的数据的最佳方法"。温度发现和遗产另一个惊喜：少年星系的温度非常高。通过研究光谱，物理学家可以计算出星系的温度。星系最热的地方可以达到9700多摄氏度，即华氏17492度，而少年星系的温度却高达13350多摄氏度，即华氏24062度。鲁迪说："我们预计这些早期星系的化学成分与我们的银河系和今天环绕我们的星系有非常非常大的不同。但JWST所揭示的情况还是让我们大吃一惊。"该项目是为了纪念塞西莉亚-佩恩-加波什金（CeciliaPayne-Gaposchkin）而命名的。她的发现颠覆了科学界对太阳成分的认识，在她的突破性工作最终得到认可之前，她面临了多年不公正的批评。"以塞西莉亚-佩恩的名字命名我们的JWST勘测是为了向她对恒星化学组成的开创性研究表示敬意。艾莉森和我认识到，我们自己揭示这些早期星系化学成分的工作就是建立在她的遗产之上的。"鲁迪说。CECILIA是卡内基和卡内基附属天文学家领导的六个JWST初始项目中的第一个，这些项目被选中利用这台不可思议的太空望远镜进行观测。今年早些时候，又有四个由卡内基领导的项目入选第二轮JWST时间分配。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401605.htm

最早的“宇宙网”被发现：宇宙大爆炸后仅8.3亿年

最早的“宇宙网”被发现：宇宙大爆炸后仅8.3亿年利用NASA空前强大的詹姆斯·韦伯空间望远镜，天文学家发现了迄今为止最早的宇宙网，来自宇宙大爆炸后仅仅大约8.3亿年，由10个星系构成。天文学家们认为，这条看不见的星系链，将演变成一个巨大的星系团，就像著名的后发星系团一样。这不但可以帮助我们更好地理解“宇宙网”早期是如何形成的，甚至可以从中探寻黑洞形成过程的更多秘密，以及更多关于宇宙起源和发展的答案。当然，我们看到的其实是大概130亿年前的景象，它早就演变成不知道什么样子了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369619.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369619.htm