可能是首個由氣體直接坍縮而成的超大質量黑洞。

韋布拍攝的“無窮大星系”。

NASA / ESA / CSA / STScI / P. van Dokkum (Yale University）

“無窮大星系（Infinity Galaxy）”這個名字本身就已經夠古怪的了，最近詹姆斯·韋布太空望遠鏡卻又在這個奇特星系內發現了更加驚世駭俗的東西——一個直接由氣體和塵埃坍縮而成的超大質量黑洞。

“無窮大星系”之所以會有這么一個古怪的名字，是因為它的外形看起來就像數學中的無窮大符號“∞”。但它實際上是兩個星系。這兩個原本呈碟狀的星系正處于正面沖突的過程中。沖突導致這兩個星系各自產生了一個圓形的星環，并且連接在一起，看上去就像一個無窮大符號。

以耶魯大學Pieter van Dokkum為首的一個科研團隊在韋布望遠鏡拍攝的“無窮大星系”照片中發現，在這兩個星系正中間的一個巨大的氣體云團內部，存在著一個超大質量黑洞。這個黑洞似乎不屬于第三方，也不屬于發生碰撞的兩個星系，它并非來自別處，而是就在這個云團內誕生的。

如果這一推斷屬實，那將是人類第一次獲得觀測證據，證明超大質量黑洞可以直接由氣體坍縮而成。

超大質量黑洞，是指質量超過太陽百萬甚至百億倍的巨型黑洞。幾乎所有大星系的中心都有一個。

對于超大質量黑洞的形成機制，當前主要有兩種看法。一種認為它們是在小型恒星級黑洞基礎上，通過一級級合并逐漸長大的。小型恒星級黑洞的質量只有太陽的大約千倍，它們必須先經歷恒星階段。它們是大質量恒星生命結束時，由恒星的內核坍縮而來的。而且它們必須在有限空間和有限時間內通過合并快速成長，才能達到超大質量的級別。一般認為以這種方式成長的黑洞要達到超大質量級別至少需要10億年。

但是韋布望遠鏡近年來在宇宙誕生后不足5億年的遙遠時空中，發現了很多已經成型的超大質量黑洞。這讓科學家倍感困惑，因為理論上它們根本沒有時間長這么大。

第二種看法認為，可能不是所有超大質量黑洞都需要經歷這么漫長的成長過程。條件合適時，質量超過太陽百萬倍的超大質量黑洞“種子”，可以在氣體云中直接誕生。

但是究竟在什么情況下，這些“巨大的種子”才會出現仍是一個謎。根據現有認識，大質量的氣體云發生坍縮后會優先形成恒星而非黑洞。也許宇宙中存在著某種機制，能夠避免這一趨勢。但這樣的機制究竟是什么？在現實中又如何運行？都是未解之謎。

這也是研究人員對“無窮大星系”如此著迷的主要原因。

研究人員推測這兩個星系在發生碰撞的過程中，星系內部的氣體被震蕩和壓縮后，部分形成了一個極端致密的“結”，并直接坍縮成了超大質量黑洞，

韋布拍攝的“無窮大星系”。曲線展現的是由一個超大質量黑洞產生的射電發射。

NASA / ESA / CSA / STScI / VLA / P. van Dokkum (Yale University）

說這個黑洞是直接形成的，當然也不是空穴來風。

研究人員發現這個黑洞相當活躍。錢德拉X射線太空望遠鏡和甚大望遠鏡數據表明它在產生X射線和射電波。而且這個位于兩個星系核之間的超大質量黑洞周邊有大片主要成分為氫的等離子氣體。

重要的是，研究人員發現黑洞和黑洞周邊氣體的運動參數是基本一致的。它們的運動方向一致，且速度都是大約每秒50千米。這說明它不是一個被甩出來的失控黑洞。

研究人員也沒有在韋布的照片中發現現場存在“第三者”的跡象。假如這個黑洞屬于第三方，那么我們應該會看到它殘留下的星系其余部分——除非它是一個昏暗的矮星系——但矮星系容納超大質量黑洞的概率很低。

另一個可以對此加以佐證的發現是，這兩個星系核內的超大質量黑洞都依然在原位。

所以就算不能斬釘截鐵地說這就是一個經由直接坍縮過程形成的超大質量黑洞，研究人員也有信心表明，韋布望遠鏡提供的數據，強有力地支持了相關判斷以及超大質量黑洞的“巨大種子”論。

參考 NASA’s Webb Finds Possible 'Direct Collapse' Black Hole https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-webb-finds-possible-direct-collapse-black-hole