James Webb Space Telescope (JWST) Galaxies and the "Hawking Star" Hypothesis
本文提出，詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）探测到的如 Jz14 等异常明亮的高红移星系，并非挑战标准宇宙学的质量巨大的星系，而是由大约一百万颗“霍金星”（Hawking Stars）组成的矮星系——这是一种假设性的天体，其中重子向原初黑洞的吸积触发了事件视界附近的剧烈核聚变，从而使观测结果与分级结构形成模型相一致。
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在浩瀚的宇宙历史上，曾有一个被称为“宇宙黑暗时代”的时期，那是大爆炸后不久，第一批恒星和星系正开始点燃的阶段。几十年来，天文学家一直依赖于一个关于这些结构如何形成的标准模型，该理论认为宇宙是“自下而上”增长的：微小的物质团块随着时间的推移相互合并，形成小型矮星系，并最终结合成我们今天看到的巨大螺旋星系和椭圆星系。这一框架得到了广泛观测和计算机模拟的支持，构成了我们理解宇宙演化的基石。然而，詹姆斯·韦伯空间望远镜的到来动摇了这一基础。通过窥探早期宇宙的深处，该望远镜发现了一些在如此年轻的纪元中显得异常明亮且巨大的星系，它们出现的时间比标准模型预测的要早得多，规模也更大。这制造了一个谜题：要么我们对星系如何增长的理解从根本上错了，要么这些古老而灿烂的天体完全是另一种东西。
来自日本防卫大学院的研究人员川尻匠（Sho Kawajiri）和加耶马浩之（Hideyuki Kamaya）的一项新研究提出了一个解决方案，旨在保留标准模型的同时，重新构想这些早期宇宙灯塔的本质。他们将目光聚焦于一个在红移度约为14处被观测到的、异常明亮的特定星系，这个天体名为JADES-GS-z14-0，它存在于大爆炸后仅约3亿年的时间里。如果这个物体是一个由数十亿颗标准恒星组成的普通星系，它的存在将违背既定的宇宙增长法则，因为当时还没有足够的时间来组建如此庞大的结构。研究人员认为，JADES-GS-z14-0并非一个巨大的星系，而是由一种被称为“霍金星”（Hawking Star）的假设性天体组成的致密星团。
“霍金星”的概念依赖于原初黑洞的存在，即那些可能在宇宙最初时刻形成的微型黑洞。在这种情景下，一个原初黑洞充当了引力锚点，吸引着周围大量的气体。随着气体向内螺旋坠落，它在黑洞附近被加热到极高的温度和压力，从而触发了核聚变——即驱动我们太阳运行的同一种过程。研究人员提出，这种聚变发生在紧邻黑洞事件视界外的一个壳层中，创造出一种极其明亮但质量却出奇轻盈的类星体天体。与需要大量燃料才能发光的普通恒星不同，霍金星通过消耗掉入黑洞的气体来产生能量，这使得它能够拥有媲美蓝巨星的亮度，但其总质量却小得多。
为了验证这一想法，作者计算了单颗霍金星的能量输出。他们发现，这样一个天体的亮度大约是我们太阳的10万倍。当他们将这一数值应用于遥远星系JADES-GS-z14-0的总亮度时，数学计算表明，该星系并非由数十亿颗普通恒星组成，而是由大约100万颗这类奇异的霍金星组成的集合体。这个数字具有重要意义，因为它符合一个小型矮星系的典型恒星数量，而非一个巨大的星系。通过将该天体解释为这些轻量级、高能恒星的集群，研究人员认为，该星系的总质量仍然足够小，能够符合标准模型的宇宙演化规律。一个具有如此低质量的星系，不会像真正的巨型星系那样扰动早期宇宙的背景辐射，从而解决了观测结果与理论之间的冲突。
该研究还解释了为什么我们在今天的宇宙中看不到这些灿烂的天体。研究人员估计，霍金星的寿命极短，在燃料耗尽或天体演变为超新星之前，仅能持续约100万年。鉴于宇宙的年龄约为136亿年，这些恒星早已燃尽并消失，只留下了它们中心的原初黑洞。这些残骸至今仍可能存在，潜在地隐藏在现代星系的晕中，作为一种暗物质的形式存在。作者总结道，尽管这个想法具有推测性，但不能排除JADES-GS-z14-0是霍金星聚合体的可能性。这一假设提供了一种解释望远镜惊人发现的方法，而无需抛弃关于宇宙如何构建其结构的成熟法则，这表明早期的宇宙可能并非由我们预期的巨大星系所占据，而是由这些转瞬即逝、极度明亮的灯塔所点缀。
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