詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测显示，超大质量黑洞QSO1很可能是在一个“原始”环境中形成的，周围没有恒星或恒星残骸。图片来源：罗伯托·迈奥利诺等。

通过詹姆斯·韦伯太空望远镜观测，国际天文学家首次发现早期宇宙中的超大质量黑洞必须先于其宿主星系形成

在《皇家天文学会月刊》发表的最新研究中，剑桥大学Roberto Maiolino 教授及其国际合作团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）收集的数据，揭示了一个早期宇宙中的超大质量黑洞（SMBH）必然在其周围星系形成之前就已出现。研究结果将有助于深入了解这些庞然大物的起源。

超大质量黑洞（SMBH）已知隐藏在绝大多数星系的中心，包括我们的银河系。它们的质量可达太阳的数十亿倍，长期以来一直是天文学家的难题。

根据最新模型，黑洞起源于超新星爆炸的残骸——即当巨大恒星寿命结束时产生的爆炸。随后，黑洞可通过吸收周围盘层的气体而增长，但其增长速率受到所谓的“艾德温极限”限制。超过此阈值后，辐射产生的向外压力会大于引力，导致物质被甩向太空。

天文学家面临的挑战在于，已观测到的SMBH在大爆炸后仅数亿年内就存在——在宇宙学时间尺度上极其早期，而这远早于艾德温极限所允许的增长速度。

“我们提出了几种替代方案，”Maiolino 教授解释道。“小型‘种子’黑洞可能经历了短暂的极快增长期；中等质量黑洞可能通过在高密度恒星系统中的连锁合并形成；或者黑洞在诞生时已极其庞大——所谓的‘重种子’。”

在第三种情形下，SMBH 或通过巨量物质云的直接坍缩（仅在早期宇宙极端条件下可能发生）形成，亦或来自“原初”黑洞——即大爆炸后不久形成的极致密物质浓缩体，最初由斯蒂芬·霍金提出。

为探讨这些可能性，Maiolino 团队对 QSO1 进行深入分析。QSO1 是一个在宇宙仅约7亿岁时就存在的超大质量黑洞，通过其吸积盘辐射的光而可被观测。它属于被称为“小红点”（Little Red Dots）的对象群——这些神秘来源最初由 JWST 观测到，一些天文学家认为它们可能是含有新星系的原初星系，但缺乏与吸积黑洞相关的典型 X‑ray 信号。

团队之所以挑选 QSO1，部分原因在于它被前方星系团的引力透镜效应放大。引力透镜将其发出的光更大幅度地弯曲到我们的视线中，从而显著提升观测亮度。

为了获得最高分辨率，Maiolino 团队采用积分场观测模式，在天空中每个点获取光谱。 “空间和光谱分辨率的高度结合，使我们能够解析黑洞的“影响球”，即气体运动受其引力主导的区域，”Maiolino 说。 “这使我们能够直接测定黑洞的质量。”

同一套数据还允许对离子化氢和氧的发射进行精确测量，从而揭示黑洞周围气体的化学成分。

大爆炸后最初形成的原子仅包含氢、氦以及少量锂。更重的元素只能通过恒星内部的核聚变产生，并在超新星爆炸中被散布至周围环境中。

在本研究中，“我们发现 QSO1 所处的环境化学丰度极低，”Maiolino 指出。“特别是氧相对于氢的丰度低于太阳值的1%，表明其近乎原始成分。”

这一结果表明，QSO1 周围几乎没有恒星形成——暗示该黑洞的质量远超其宿主系统。 “这些发现共同指向一个情景：黑洞在其宿主星系大部分形成之前就已诞生，而不是在已有星系内增长的传统假设，”Maiolino 继续说。

在考虑的形成方案中，该发现最符合“重种子”情景，即黑洞在诞生时就已极其庞大。基于这一结果，Maiolino 团队对其研究能为我们首次形成 SMBH 的理解带来突破持乐观态度。

勇编撰自论文"Roberto Maiolino et al, A black hole in a near pristine galaxy 700 Myr after the big bang".Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。