韦伯太空望远镜（JWST）持续把早期宇宙推到聚光灯下，只是最新结果没有让问题变少。它看到的大爆炸后不到 10 亿年的宇宙里，已经出现质量达数十亿倍太阳质量的黑洞、亮度超出模拟预期的古老星系，还有在 2022 年升空前从未被观测到的大量神秘天体“小红点”。这些发现与原有理论时间表频频错位。
据 Quanta Magazine 采访多位天体物理学家的报道，这些观测正在推动一轮新理论竞逐。难点不只在于单个谜团难解，而是黑洞、星系和小红点三条线索彼此牵连，现有证据甚至会互相冲突。
超大质量黑洞出现得太早
普林斯顿大学天体物理学家 Jenny Greene 表示，宇宙在大爆炸后原本应是相对平滑的，但短短几亿年后，研究人员已经看到数十亿倍太阳质量黑洞在成长。按传统设想，第一代恒星坍缩留下的黑洞种子通常只有约 100 倍太阳质量，若要在早期长成如此规模，就必须经历极其猛烈的吸积过程。
过去黑洞增长通常受爱丁顿极限约束，但近年的模拟显示，在特定条件下，吸积盘膨胀后可让气体压过辐射压力，形成“超爱丁顿吸积”。2024 年，JWST观测到一个大爆炸后约 15 亿年的黑洞，正以约 40 倍爱丁顿极限吞噬物质。这类结果支持“小种子快速暴食”的路径。
另一条解释路径则更激进：部分超大��量黑洞的起点并不是恒星遗骸，而是巨大气体云直接坍缩，形成约 1 万倍太阳质量的黑洞种子。Greene指出，计算机模拟可以做出直接坍缩黑洞，但还无法得到足够数量来解释全部观测样本。
最近一项研究又给“大种子”理论增加了筹码。一个来自大爆炸后约 7.5 亿年、被引力透镜放大的小红点，被判定为“裸露”的超大质量黑洞，估计质量高达 5,000 万倍太阳质量，周围没有可辨识恒星。这个特征让研究人员怀疑，它可能早于星系形成就已出现。
古老星系的亮度和形成时间都不对劲
黑洞难题之外，JWST看到的许多早期星系同样超出预期。Flatiron 研究所科学家 Rachel Somerville 今年 4 月在丹麦赫尔辛格的一场会议上展示模拟结果：在红移 15、也就是大爆炸后约 2.7 亿年时，模型中尚未发生太多结构演化；到了红移 9、约 5.5 亿年时，才开始形成较成熟的星系。
但 JWST 找到的最古老星系，存在于大爆炸后仅约 2.8 亿年。它们不仅出现得更早，亮度也偏高。理论界因此提出多种解释，包括早期星系把气体转化为恒星的效率更高、恒星形成呈现间歇性爆发，或早期环境更容易产生极高亮度恒星。Somerville直言，研究已经从“解释不了星系太多”变成“解释它们的理论太多”。
MIRI 仪器还显示，早期星系之间的性质差异非常明显。索邦大学的 Hakim Atek 表示，有些星系像是已经清空气体和尘埃，只剩下裸露恒星；另一些则仍被大量气体包围。研究人员据此推测，早期恒星形成可能不是平滑推进，而是一次又一次爆发循环。另有一批氮含量异常高的星系，也暗示早期宇宙可能存在大量特别巨大的恒星。
“小红点”可能对应全新天体类型
在这三组异常信号中，小红点或许最难处理。哥本哈根 Cosmic Dawn Center 的天体物理学家 Charlotte Mason 一直在追踪这类目标，它们大约从大爆炸后 6.5 亿年开始大量出现，此前从未被观测过。
一个新设想认为，小红点可能是被��重气体包裹的黑洞，也就是一种全新天体“黑洞恒星”。在这个模型里，紧密气体外壳会像恒星大气一样发光。不过 Mason 在分析一个小红点的光谱时，没有看到理论预测中由致密气体云带来的特定信号。她对 Quanta Magazine 表示，只能回头重做模型，比如把气体设定成块状结构，或在黑洞周围加入孔洞，再检验是否更接近观测结果。
同一批观测，正在拉扯不同理论
眼下的难处在于，证据并不朝同一个方向收敛。那个以 40 倍爱丁顿极限增长的黑洞，支持“小种子加超爱丁顿吸积”；而那个质量达 5,000 万倍太阳质量的“裸露”黑洞，又更像“大种子加直接坍缩”的案例。星系方面，MIRI揭示的多样性也说明，单一剧本很难解释所有早期天体。
研究人员仍在依靠更精细的数值模拟和更多观测推进判断。Somerville提到，模拟能力已有显著进展；Atek则认为，把观测到的星系与模拟中的最佳类似体逐一配对，有助于反推出恒星形成历史。JWST带来的，不是一个已经写好的答案，而是一批需要重新校准的宇宙问题。