据最新一期《自然》杂志报道，美国麻省理工学院、奥地利科学技术研究院等机构研究人员利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），在宇宙诞生后约6.6亿年的宇宙黎明时期发现了迄今已知最早的“黑洞星”。这一由快速成长黑洞及致密气体构成的奇特天体，或有助于揭开神秘“小红点”的真实身份，并为解释早期宇宙超大质量黑洞的快速形成提供线索。
天文学家发现了一颗“黑洞星”，它是早期宇宙中一个极其明亮的红色斑点，似乎是一种新型天体。它类似于一颗巨大的恒星，但其能量产生更接近于黑洞。图源：美国麻省理工学院
超大质量黑洞通常潜伏在大质量星系中心，质量可达太阳的数百万至数十亿倍。然而，科学家一直难以解释，为何在宇宙诞生后仅数亿年，就已经出现了一些质量巨大的黑洞。
此次发现的天体被命名为“MoM-BH*-1”。研究人员原本利用JWST寻找宇宙早期星系，却在观测数据中发现一个异常明亮、颜色偏红的光点。它的尺度只有太阳系大小，但能量输出却约为普通恒星产生的能量上限的1000亿倍，远超普通恒星核聚变所能达到的水平。
通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的视角观察黑洞星 MoM-BH*-1。詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的图像中，“黑洞星”以“小红点”的形式清晰可见。这种小红点非常常见，平均每张图像中都能找到一个。每个小红点都可能由一颗黑洞星提供能量。显示的图像是RGB彩色合成图像，其中肉眼不可见的红外波长被映射到红色（4.4微米，NIRCam/F444W）、绿色（2.7微米，NIRCam/F277W）和蓝色（1.5微米，NIRCam/F150W）波段。图源：奥地利科学技术研究院
与此同时，MoM-BH*-1的光谱还呈现出一种异常强烈的“巴耳末跳跃”，这种光谱特征通常与恒星大气中的致密气体有关。同时，其光谱中几乎没有金属元素的明显痕迹，主要表现为氢和氦的特征。
研究人员起初推测，其异常红色可能与周围尘埃有关。但模拟发现，仅靠尘埃无法解释其全部特征。随后模拟发现，极其致密的氢气可形成类似“巨大恒星表面”的气体包层，吸收特定波长的光，从而解释其特殊光谱。
但这仍无法解释它惊人的亮度。进一步分析显示，最符合观测结果的情景是：MoM-BH*-1中心有一个约为太阳质量10万倍的黑洞，周围包裹着近似太阳系大小的致密氢气。黑洞吸积物质释放的能量为整个系统提供动力，外围气体则让它看起来像一颗巨大的恒星——研究人员因此将其称为“黑洞星”。
像太阳（左图）这样的恒星可以被视为由核聚变驱动的致密气体球。黑洞（中图）通常通过类似薄饼状的吸积盘吞噬物质而不断增长。黑洞星（右图）代表了一种新型天体——被致密气体包裹的黑洞，它们能够像恒星一样辐射。这层致密的气体包层赋予了黑洞类似恒星的特征。黑洞星的体积比太阳大10万倍以上（约1000天文单位对比约0.01天文单位），但其尺度与黑洞吸积盘相似。图源：奥地利科学技术研究院
“黑洞星”的发现还有助于解释JWST近年来频繁发现的神秘“小红点”。这些紧凑、明亮且偏红的天体在早期宇宙中似乎随处可见，却在今天的宇宙中消失殆尽。研究人员发现，如果将类似MoM-BH*-1的天体置于早期星系中，其整体光谱可能与“小红点”高度相似。此外，这些观测结果也为揭开超大质量黑洞起源与演化之谜提供了新线索。