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作者：Jim Shelton, Yale University

翻譯：呂梓欣

校對：馬藝朔

美工：邱和琴

后臺：朱宸宇

原文鏈接：https://phys.org/news/2025-07-infinity-evidence-black-hole-birth.html

通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測到的“無限”星系。它由兩個星系間的宇宙碰撞形成。圖中標(biāo)示了三個黑洞，其中可能的新生黑洞位于中間，另外兩個是碰撞之前就已經(jīng)存在的黑洞。

圖源：美國宇航局（NASA）、彼得·范·多科姆（P. van Dokkum）、加百列·布拉默（G. Brammer）

耶魯大學(xué)天文學(xué)家彼得·范·多科姆與一組研究人員在太空中發(fā)現(xiàn)了一個天體，并將其命名為“無限”星系。那實際上是兩個最近相撞的星系，合起來看酷似無限符號（∞）。

研究人員表示，在“無限”星系的中心，一個超大質(zhì)量黑洞鑲嵌于一團氣體云中。

這一發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在了《天體物理學(xué)雜志通訊》（The Astrophysical Journal Letters）的新研究當(dāng)中。

研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)相當(dāng)有趣，因為它展現(xiàn)了一種黑洞形成的新方式，為早期宇宙中那些極其巨大的黑洞提供了可能的解釋；并且，這可能是首次直接捕捉到超大質(zhì)量黑洞誕生后不久的證據(jù)。

“這也許是我們迄今所能獲得的最接近確鑿證據(jù)的發(fā)現(xiàn)了?！边@項研究的第一作者，索爾·戈德曼家族天文學(xué)教授，同時也是耶魯大學(xué)文理學(xué)院物理教授的范·多科姆表示。

他表示，這個星系的一切都非比尋常。

“它不僅看起來非常奇特，而且還有一個正在吸積大量物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞?！彼f道，“最最奇特的是，這個黑洞并不在這兩個正在合并的星系的任何一個的核中，而是在它們中間。這不禁讓我們產(chǎn)生疑問：我們該如何解釋這一現(xiàn)象？”

范·多科姆和哥本哈根大學(xué)的天文學(xué)家加百列·布拉默在研究宇宙網(wǎng)（COSMOS-Web）調(diào)查中的圖像時發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。這些圖像是美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡數(shù)據(jù)檔案的一部分。

范·多科姆還領(lǐng)導(dǎo)了對韋伯?dāng)?shù)據(jù)的后續(xù)觀測。此外，研究人員還利用了凱克天文臺（W.M. Keck Observatory）的數(shù)據(jù)，以及美國國家射電天文臺（National Radio Astronomy Observatory）甚大陣和錢德拉X射線天文臺（Chandra X-ray Observatory）的檔案數(shù)據(jù)。

JWST and HST images of the ∞ galaxy. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/addcfe

韋伯太空望遠鏡和哈勃空間望遠鏡的∞星系圖像。

圖源：《天體物理學(xué)雜志通訊》2025版。DOI: 10.3847/2041-8213/addcfe

研究人員稱，發(fā)現(xiàn)一個不在大質(zhì)量星系核心位置的黑洞本身就很不尋常，更何況這個黑洞剛形成不久，這簡直是一件前所未有的事情。

“換句話說，我們正史無前例地見證一個超大質(zhì)量黑洞的誕生?！狈丁ざ嗫颇氛f道。

這一發(fā)現(xiàn)也對當(dāng)前關(guān)于早期宇宙黑洞形成的爭論具有重要意義。

一種名為“輕種子”的理論認為，小黑洞誕生于恒星核心的坍縮和爆炸，并最終合并成超大質(zhì)量黑洞。

然而，在這一理論下，黑洞的形成需要非常長的時間。韋伯望遠鏡已經(jīng)觀測到在宇宙極早期就存在的超大質(zhì)量黑洞；其出現(xiàn)時間之早，無法用“輕種子”理論來解釋。

因此，另一個被稱為“重種子”的理論出現(xiàn)了。這一理論得到了耶魯大學(xué)天體物理學(xué)家普里亞姆瓦達·納塔拉揚（Priyamvada Natarajan）等科學(xué)家的支持。該理論認為，更大的黑洞可以在大型氣體云的坍縮中形成。問題是，氣體云的坍縮往往會形成恒星。

然而，范·多科姆認為，“無限”星系的發(fā)現(xiàn)或許能夠展示在極端條件下，包括“重種子”理論所提出的早期宇宙環(huán)境，黑洞是如何產(chǎn)生的。

“在這種情況下，兩個盤狀星系相撞，形成了我們所看到的恒星環(huán)狀結(jié)構(gòu)。”他說道，“在碰撞的過程中，這兩個星系內(nèi)的氣體被沖擊和壓縮。這種壓縮或許足以形成一個致密的結(jié)，進而直接坍縮成一個黑洞?！?/p>

“雖然這樣的碰撞十分罕見，但在早期宇宙時代，星系剛剛開始形成，類似的極端氣體密度是相當(dāng)普遍的?！彼a充道。

范·多科姆及他的同事強調(diào)，目前還需要進一步的研究來證實這些發(fā)現(xiàn)，并深入理解其對黑洞形成理論的啟示。

責(zé)任編輯：DAIKIN

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暗能量相機拍攝的玫瑰星云

圖片來源: CTIO, NOIRLab, DOE, NSF, AURA；

影像處理：T. A. Rector (U. Alaska Anchorage), D. de Martin (NSF’s NOIRLab)及 M. Zamani

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