詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 最近發現了巨大恆星的有力證據——這些恆星是存在於早期宇宙的原始巨型恆星。近 20 年來，宇宙的一個重大謎團一直困擾著天文學家：超大質量黑洞是如何在大爆炸後的瞬間迅速增長如此之大的？正常質量的恆星在大爆炸後不到十億年的時間內並沒有足夠的時間來產生這些龐然大物。由美國哈佛史密斯天體物理中心領導的一個國際研究團隊，利用韋伯望遠鏡最終揭開了這一失落的環節。韋伯的數據揭示了長期以來被理論預測的怪物恆星的化學指紋，這些恆星是必要的種子。來自南安普敦大學宇宙學與引力研究所的丹尼爾·威倫於 12 月 9 日表示：「我們最新的發現幫助解決了一個 20 年來的宇宙謎團。通過 GS 3073 [星系]，我們首次獲得了這些怪物恆星存在的觀測證據。」
在早期宇宙中，這些怪物恆星以驚人的速度燃燒燃料，生命短暫，僅持續了 25 萬年——這是一段短暫而輝煌的存在，隨後不可避免地崩潰成為巨大的黑洞。這種崩潰留下了可檢測的化學簽名，這些簽名持續了數十億年。研究人員在一個名為 GS 3073 的星系中檢查化學簽名，專注於其元素組成。他們發現的結果挑戰了所有傳統模型。該星系顯示出氮和氧之間的極端不平衡，比例為 0.46。令人驚訝的是，這一數值遠高於任何已知恆星類型或甚至恆星爆炸在早期宇宙中能夠產生的量。根據團隊的說法，這一模式僅與一個理論來源相符：質量在 1,000 倍至 10,000 倍太陽質量之間的恆星。
研究詳細描述了一個特定的氮生成過程。這些恆星燃燒氦來創造碳，這些碳隨後滲漏進入一個氫燃燒殼層，在那裡，碳-氮-氧 (CNO) 循環產生大量的氮，最終被釋放到空間中。在 GS 3073 中觀察到的氮過剩是由於這一過程持續了數百萬年，而恆星正處於其氦燃燒階段。模型顯示，這些怪物恆星並不像典型的超新星那樣爆炸。它們立即轉變為巨大的黑洞。這些質量達到數千個太陽質量的黑洞，為最終增長為今天觀察到的超大質量黑洞提供了理想的種子。值得注意的是，GS 3073 本身在其中心擁有一個積極進食的黑洞。研究團隊正在質疑這是否可能是這些早期巨大恆星的殘餘。
這一發現為宇宙黑暗時期打開了一扇令人驚嘆的新窗口。這是一個時期，第一批恆星點燃，開始將宇宙中簡單的氫和氦化學轉變為今天所見的豐富元素組合。研究人員預測 JWST 將找到更多具有這一獨特氮簽名的星系，將一個數十年的理論轉變為確認的宇宙歷史。該研究已發佈於《天文物理學期刊快報》。
