韦伯望远镜发现星系前黑洞

130亿光年外的“裸”黑洞

NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次直接测量了早期宇宙中一个超大质量黑洞的质量。这个名为 Abell2744-QSO1 的致密天体存在于大爆炸后仅 7 亿年，但它的质量却异常巨大——约为太阳的 5000 万倍，占其所在天体系统总质量的三分之二以上。这一比例远超邻近星系，暗示这个黑洞可能在宿主星系形成之前就已存在。

剑桥大学领导的国际团队利用韦伯望远镜的近红外光谱仪，追踪黑洞对周围气体的引力效应，逐像素绘制了气体的速度和成分。通过观测开普勒运动——气体像行星绕太阳一样绕中心点运动——研究生 Ignas Juodžbalis 及其合作者直接计算出黑洞的质量。

剑桥卡文迪许实验室和卡维里宇宙学研究所的 Roberto Maiolino 表示：“这是范式转变，完全颠覆了黑洞如何形成和生长的经典场景。”

原初起点的证据

该黑洞周围的气体几乎完全是氢和氦，金属度不到太阳的 0.5%，这是迄今为止测量到的最原始星系环境之一。这种重元素近乎缺失表明，黑洞在恒星开始丰富其环境之前就已存在。

“我们似乎发现了一个没有实质宿主星系的黑洞，它先于恒星过程存在，”Juodžbalis 说。“这非常令人兴奋，因为它证明了原初黑洞或直接坍塌黑洞的存在，这些理论虽有构想但尚未被证实。”

无论 QSO1 的黑洞是在大爆炸后第一秒内由“重种子”形成，还是稍后由巨型气体云坍塌形成，它几乎肯定是在“出生”时就很大，现在可能正处于围绕它构建星系的早期阶段。

暗物质与早期黑洞

与此同时，加州大学河滨分校团队在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上发表的研究提出了互补解释：暗物质衰变释放的能量可能改变了早期气体云的化学成分，使其直接坍塌成黑洞而非形成恒星。根据该研究，每个衰变粒子只需注入“相当于一节 AA 电池的十亿分之一万亿焦耳的能量”。

剑桥团队正在分析更多“小红点”——QSO1 所属的遥远小型天体类别——以确定超大质量黑洞是否普遍早于它们现在的宿主星系存在。