紅移超過30? 天文學家可能發現宇宙最早天體

2025-10-02 08:52:20 最後更新日期:2025-10-02 09:44:25
William Lam

香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者

jmd2025AA4Capotauro這光點視直徑也只有0.14角秒,經由視直徑及距離估算,這東西直徑可能有9200光年左右,不過由於過度遙遠加上長期曝光時的微小震動。這東西有可能是更小型不超過1000光年

最近一篇已投寄《天文與天體物理學報》(Astronomy and Astrophysics, A&A)等待評審及刊出的研究論文,似乎又引起天文學界一陣波瀾;其預印本透露一個意大利團隊在韋伯望遠鏡的圖像資料中發現一個可能是現時為止最遠的天體(他們命名為Capotauro),其光度只27.6等,光譜顯示的紅移值卻可能達到Z=32水平,這是個超乎想像的數字,因為之前能確認的最大紅移值的MoM-z14也只有Z=14.44的水平,由對應退行速度看,其光大約是宇宙年齡2.8億年時發出;若果Capotauro的紅移值最後查出的確是Z=32,那即代表該天體的光,可能在宇宙年齡只有9000萬年時就發出了!由傳統恒星形成理論去看,不足1億年要形成恒星其實是相當困難,更惶論形成即使是小型的星系了。

2025AA99暫時天文學家只能在4.1-4.44微米的兩個短紅外波段內接收到較明確的光訊號,更長波段的訊號則無法確認。(圖片來自連結)

 

 ELTCapotauro的光譜只有短紅外波段的比較明亮,因此能獲取的有用光譜訊式亦只有這一小段。(圖片來自連結)

現時研究團隊還是不太確定找到什麼。這個天體只在兩個波段(F410M和F444W,相當於4.1-4.44微米)的近紅外光上「看得清楚」,其他波段不是沒有看到,就是部分長波(如中、遠紅外))的解像度太差根本無法分辨,不過韋伯近紅外波段光譜儀就拍到其光譜數據,只是由於光度不太夠,光譜譜線訊式也不太夠,所以也不太清楚其他成份。其光譜分佈若照紅移值大於Z=30再回推過去,部分特徵的確和一般星系光譜重合,但因為其他主要譜線無法分辨而無法完全確定。

2025AA111 1若果它是個褐矮星或星際行星,雖然光譜類似,但同樣有問題,因為若果只有27等光度而假設距離400-5000光年的話,這褐矮星或星際行星的溫度就大約相當於室溫(現時所見的星際行星少說也有100-200度攝氏),且視直徑應該遠遠小於現時所見的角度。(網絡圖片)

 

當然還有另一個假設,即它是距離相當遙遠的銀河系內褐矮星或星際行星,理由也差不多:若果沒有紅移的話,其現有光譜數據就和以上兩者接近。然而更近紅外的地方又拍不到就有點奇怪(除非這星的物質「非常純」都是氫),而且……褐矮星或流浪行星幾乎不可能大得過木星,溫度也不高,人類拍到一般單個褐矮星的距離最遠也不超過500光年(而且它夠熱),絕大部分已發現的都只在100光年內,超過這距離除非褐矮星在一個雙星系統中,否則光源就很難觀測到了(130多億光年外一個100-1000光年直徑的物體,成像起來還是比1000光年外一個可能只有10萬公里內的物體要大太多)。

 Little red dot galaxy stamps 20 unlabeled 1現時發現的小紅點(Little Red Dots, LRDs)大都於宇宙創生後4-16億年出現,而且光度以其距離而言相對更為明亮,大概相當於Capotauro1.5倍至70倍。假如Capotauro真是小紅點,基本上也相當於最暗一批。(圖片來自維基百科)

 

如果它真是宇宙創生後9000萬年就出現的物體,其實不排除就是近兩三年經常談到的熱門—小紅點(Little Red Dots, LRDs)。小紅點有幾個可能的解釋,首先是非常早期的巨大黑洞加上聚集在周圍的大質量氣體雲,由於氣體雲由數千萬倍至數億倍太陽質量,聚集在較大型的原初黑洞周圍,中心部分的會落入黑洞令其不斷壯大,周圍的在壓縮下可能進一步形成第一代恒星,這可視為星系的最雛形,而且在宇宙早期環境下,物質平均密度其實比現在還要高不少,加上氣體密集度進一步提高,有機會把中心大質量黑洞發出的X光都屏蔽了,我們只看到表面發熱的部分;

image 12096e Dark Star需要留意的是,暗星沒有很暗,反而光度不會很弱,大質量的甚至可能有太陽1億倍光度,只是其核心範圍內的通常沒有一般大質量恒星的強烈聚變反應。能量更多是來自暗物質的正反物質煙滅效應加熱濃密氣體雲。(圖片來自連結)

 

另一方面,若果是較小較暗的,也可能是「暗(物質)星」,即早期聚集的較小型氣體團塊,在中心的暗物質發生煙滅反應後開始發光,其亮度平均不及現時的恒星,但因為質量及體積不小(直徑可達數千天文單位甚至0.1光年),其平均表面溫度可能達10000度左右,在遠距離觀察下可以有相當的亮度,不過其視直徑就要比大部分小紅點小得多。

ELT 1ELT望遠鏡的工程進度至本年七月底算相當順利,其39米直徑多片式主鏡的鏡架也接近完成,這是人類有史以來口徑最大的望遠鏡,不過能否大幅改善中遠紅外波段的成像程度,仍屬未知。(圖片來自連結)

 

但這些論斷有很多地方也沒法解釋,現時宇宙理論就算加入原初黑洞或者重子聲學震蕩等理論,似乎都沒法很好的解釋宇宙誕生後9000萬年甚至更早時間就出現物質高度聚集甚至發光的天體,所以若果Capotauro的紅移值為真,宇宙極早期演化理論雖未至於重寫,但需要相當大的修改就是了。由於這些極早期天體紅移相當巨大,很多重要的光譜譜線都集中到中遠紅外那一側而很難觀測,要提升儀器對於這類波段的解像度,需要更為龐大的並能夠觀察這些長波段紅外光的天文望遠鏡,這樣至少要等到2029年開光的ELT望遠鏡39米級口徑才成,而且也未必能達到相關要求。

發佈於 科學新知
By 2025-10-02

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