在宇宙探索的征程中,韦布空间望远镜(JWST)再次立下大功,为天文学家带来了一个令人费解却又兴奋不已的发现——一种疑似全新的天体物理源“黑洞星”。此前,JWST在极早期宇宙中捕捉到众多神秘的“小红点”,这些明亮且致密的天体起源不明,在宇宙仅有数亿年历史时就已大量存在,如今却似乎消失得无影无踪,其本质一直是天文学界激烈争论的焦点。
长久以来,“尘埃造成的光线红化”是多数理论解释“小红点”的重要依据。然而,一项新发表于《自然》杂志的研究打破了这一常规认知。一个天文学家团队在对JWST捕捉到的图像进行分析时,聚焦于一个异常明亮的“小红点”,经过深入研究,他们大胆提出,这个“小红点”或许代表着一种从未被观测过的全新天体物理源——“黑洞星”。
这项研究的起源并非直接奔着“黑洞星”而去。当时,研究团队正在开展名为“Mirage or Miracle”(“海市蜃楼还是奇迹”,简称MoM)的巡天项目,旨在借助JWST寻找宇宙中距离最遥远、形成时间最早的星系。在浏览JWST图像、筛选值得进一步观测的目标时,一个与众不同的天体吸引了他们的目光——一个又红又异常明亮的光点。
通常情况下,天文学家看到非常红的天体,会首先推测其周围存在大量类似烟灰或灰烬的尘埃。但这个天体发出的光有着独特之处,与“尘埃导致变红”的预期情况不吻合。它在大多数波长上都极为明亮,可一旦低于某个特定波长,光就会突然完全消失,这种光谱上的骤降被称为“巴耳末断裂”。巴耳末断裂常见于活动星系核的光谱,在恒星形成活动突然减弱的星系中也能看到,夜空中明亮的织女星也呈现出这种典型光谱特征。
为了揭开这个红点的神秘面纱,研究团队模拟了多种不同情景,试图找出能产生其独特颜色特征的天体物理条件组合。他们首先思考,若完全没有尘埃,仅靠氢能否让天体如此之红。令人意外的是,答案是肯定的,不过前提是存在一层密度极高的氢气屏障,其密度更接近巨大恒星的表面,而非稀薄的星际星云。
模拟结果显示,这个红点可能是一个被厚厚包裹的强大能量源,外围环绕着密度极高的氢气茧。这就能解释观察到的两个特征:一是强烈的巴耳末断裂;二是光谱中几乎只有氢和氦,看不到其他元素。但还有一个关键问题无法解释——它为何如此明亮。这个看似像恒星的天体,亮度竟是普通恒星的1000亿倍,核聚变显然无法提供如此巨大的能量输出,而黑洞则有可能做到。
于是,研究人员在“被氢气茧包裹的恒星状天体”模型中加入了一个正在活跃吸积物质的黑洞,并不断调整黑洞质量等参数。随后,将模拟得到的“黑洞星”亮度与JWST实际观测到的红点亮度进行对比。通过一系列模拟,他们找到了与观测结果最吻合的模型,得出结论:这个神秘红点极有可能是一颗“黑洞星”,其中心包含一个正在活跃吸积物质、质量约为太阳10万倍的超大质量黑洞。这个黑洞深埋在高度湍动的致密氢气茧中,整个气体结构尺度大约相当于整个太阳系,或许正处于快速高效增长的早期阶段。
研究团队将这个天体命名为MoM - BH*-1,即“黑洞星1号”,暗示它可能只是这类天体中第一个被确认的成员。他们怀疑,JWST中出现的许多其他“小红点”或许也都是类似的黑洞星,只是没有MoM - BH*-1这么明亮。综合观测结果来看,“黑洞星”正成为解释“小红点”的有力候选方案之一,目前每个“小红点”的观测特征都能与“黑洞星嵌在普通早期星系之中”的解释相契合。而MoM - BH*-1的特殊之处在于,其亮度几乎完全盖过了周围宿主星系,天文学家捕捉到的基本就是纯粹来自黑洞星本身的光。这一发现为破解超大质量黑洞的起源和演化难题提供了新的思路,或许现有的超大质量黑洞演化模型需要重新审视并建立新模型以更好匹配实际观测。










