可能是首個(gè)由氣體直接坍縮而成的超大質(zhì)量黑洞。

韋布拍攝的“無(wú)窮大星系”。

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

“無(wú)窮大星系（Infinity Galaxy）”這個(gè)名字本身就已經(jīng)夠古怪的了，最近詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡卻又在這個(gè)奇特星系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了更加驚世駭俗的東西——一個(gè)直接由氣體和塵埃坍縮而成的超大質(zhì)量黑洞。

“無(wú)窮大星系”之所以會(huì)有這么一個(gè)古怪的名字，是因?yàn)樗耐庑慰雌饋?lái)就像數(shù)學(xué)中的無(wú)窮大符號(hào)“∞”。但它實(shí)際上是兩個(gè)星系。這兩個(gè)原本呈碟狀的星系正處于正面沖突的過(guò)程中。沖突導(dǎo)致這兩個(gè)星系各自產(chǎn)生了一個(gè)圓形的星環(huán)，并且連接在一起，看上去就像一個(gè)無(wú)窮大符號(hào)。

以耶魯大學(xué)Pieter van Dokkum為首的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)在韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的“無(wú)窮大星系”照片中發(fā)現(xiàn)，在這兩個(gè)星系正中間的一個(gè)巨大的氣體云團(tuán)內(nèi)部，存在著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。這個(gè)黑洞似乎不屬于第三方，也不屬于發(fā)生碰撞的兩個(gè)星系，它并非來(lái)自別處，而是就在這個(gè)云團(tuán)內(nèi)誕生的。

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

超大質(zhì)量黑洞，是指質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)百萬(wàn)甚至百億倍的巨型黑洞。幾乎所有大星系的中心都有一個(gè)。

對(duì)于超大質(zhì)量黑洞的形成機(jī)制，當(dāng)前主要有兩種看法。一種認(rèn)為它們是在小型恒星級(jí)黑洞基礎(chǔ)上，通過(guò)一級(jí)級(jí)合并逐漸長(zhǎng)大的。小型恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量只有太陽(yáng)的大約千倍，它們必須先經(jīng)歷恒星階段。它們是大質(zhì)量恒星生命結(jié)束時(shí)，由恒星的內(nèi)核坍縮而來(lái)的。而且它們必須在有限空間和有限時(shí)間內(nèi)通過(guò)合并快速成長(zhǎng)，才能達(dá)到超大質(zhì)量的級(jí)別。一般認(rèn)為以這種方式成長(zhǎng)的黑洞要達(dá)到超大質(zhì)量級(jí)別至少需要10億年。

但是韋布望遠(yuǎn)鏡近年來(lái)在宇宙誕生后不足5億年的遙遠(yuǎn)時(shí)空中，發(fā)現(xiàn)了很多已經(jīng)成型的超大質(zhì)量黑洞。這讓科學(xué)家倍感困惑，因?yàn)槔碚撋纤鼈兏緵](méi)有時(shí)間長(zhǎng)這么大。

第二種看法認(rèn)為，可能不是所有超大質(zhì)量黑洞都需要經(jīng)歷這么漫長(zhǎng)的成長(zhǎng)過(guò)程。條件合適時(shí)，質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)百萬(wàn)倍的超大質(zhì)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(huì)出現(xiàn)仍是一個(gè)謎。根據(jù)現(xiàn)有認(rèn)識(shí)，大質(zhì)量的氣體云發(fā)生坍縮后會(huì)優(yōu)先形成恒星而非黑洞。也許宇宙中存在著某種機(jī)制，能夠避免這一趨勢(shì)。但這樣的機(jī)制究竟是什么？在現(xiàn)實(shí)中又如何運(yùn)行？都是未解之謎。

這也是研究人員對(duì)“無(wú)窮大星系”如此著迷的主要原因。

研究人員推測(cè)這兩個(gè)星系在發(fā)生碰撞的過(guò)程中，星系內(nèi)部的氣體被震蕩和壓縮后，部分形成了一個(gè)極端致密的“結(jié)”，并直接坍縮成了超大質(zhì)量黑洞，

韋布拍攝的“無(wú)窮大星系”。曲線展現(xiàn)的是由一個(gè)超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的射電發(fā)射。

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

說(shuō)這個(gè)黑洞是直接形成的，當(dāng)然也不是空穴來(lái)風(fēng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)黑洞相當(dāng)活躍。錢(qián)德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡和甚大望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)表明它在產(chǎn)生X射線和射電波。而且這個(gè)位于兩個(gè)星系核之間的超大質(zhì)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(fā)現(xiàn)黑洞和黑洞周邊氣體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是基本一致的。它們的運(yùn)動(dòng)方向一致，且速度都是大約每秒50千米。這說(shuō)明它不是一個(gè)被甩出來(lái)的失控黑洞。

研究人員也沒(méi)有在韋布的照片中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在“第三者”的跡象。假如這個(gè)黑洞屬于第三方，那么我們應(yīng)該會(huì)看到它殘留下的星系其余部分——除非它是一個(gè)昏暗的矮星系——但矮星系容納超大質(zhì)量黑洞的概率很低。

另一個(gè)可以對(duì)此加以佐證的發(fā)現(xiàn)是，這兩個(gè)星系核內(nèi)的超大質(zhì)量黑洞都依然在原位。

所以就算不能斬釘截鐵地說(shuō)這就是一個(gè)經(jīng)由直接坍縮過(guò)程形成的超大質(zhì)量黑洞，研究人員也有信心表明，韋布望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)，強(qiáng)有力地支持了相關(guān)判斷以及超大質(zhì)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