據太空網(space.com)2026年5月28日報導，韋伯望遠鏡（JWST）對被稱為「小紅點」的古老星系的最新研究，或許最終能夠解答這樣一個問題：黑洞和其宿主星系，哪個先出現？韋伯望遠鏡的對小紅點的最新研究可能徹底顛覆我們對黑洞如何增長的認識。
韋伯望遠鏡於2022年首次觀測到「小紅點」，天文學家們意識到它們或許是一種前所未見的星系類型。科學家發現這些神秘的天體在宇宙早期非常普遍，但在宇宙大爆炸后約15億年似乎消失。然而，「小紅點」遠非JWST帶給科學家的唯一宇宙謎團。
韋伯望遠鏡的近紅外相機拍攝的一張照片顯示了小紅點 Abell2744-QSO1，被星系團 Abell 2744（潘多拉星系團）放大並形成了三重影像。 （圖片來源：NASA/ESA/CSA/Lukas Furtak（本古里安大學）；圖像處理：Alyssa Pagan（STScI））
這台耗資100億美元的太空望遠鏡還在宇宙誕生10億年以內，發現了大量質量是太陽數百萬到數十億倍的超大質量黑洞。這令人費解，因為人們一直認為，黑洞成長為超大質量黑洞所需的吞噬和合併過程需要超過10億年的時間。
韋伯望遠鏡對「小紅點」星系的這項新研究表明，超大質量黑洞或許可以直接誕生，而無需像恆星那樣經曆數百萬年的演化過程后坍縮形成恆星級黑洞。這也意味著，這些早期超大質量黑洞無需像恆星那樣從宿主星系中吞噬大量的氣體和塵埃來成長。也就是說，這些黑洞可能在其最終的「宿主」星系形成之前就已經存在了。
「這是一項非凡的發現，」團隊成員、英國劍橋大學的羅伯托·馬約利諾(Roberto Maiolino)在一份聲明中表示，「這是一次範式轉變，徹底顛覆了黑洞形成和增長的經典理論。」該團隊的研究成果於周三（5月27日）發表在《自然》雜誌和《皇家天文學會月刊》上。
為了得出結論，科學家們研究了編號為Abell2744-QSO1（簡稱QSO1）的小紅點上，它存在於宇宙大爆炸后7億年。與其它小紅點相比，QSO1更容易研究，這得益於一種被稱為引力透鏡的現象。當一個大質量天體位於更遙遠的背景天體和地球之間時，就會發生引力透鏡效應。當光線穿過這個中間天體（即「透鏡」天體）時，由於透鏡體引起的時空彎曲，光線的路徑會發生彎曲；光線越靠近透鏡體，彎曲程度就越大，從而放大了背景天體的亮度。以 QSO1 為例，這個小紅點正受到星系團 Abell 2744（又稱潘多拉星系團）的引力透鏡效應的影響。
研究人員最初認為，QSO1是一個質量是太陽4000萬倍的超大質量黑洞，周圍環繞著氫氣和氦氣雲。然而，科學家們無法完全確定這個黑洞的質量。
「此前，我們對早期宇宙中黑洞質量的所有測量都是間接的，基於我們對近鄰宇宙黑洞的了解而做出的假設，」劍橋大學的團隊成員弗朗西斯科·德尤金尼奧（Francesco D』Eugenio）說道，「我們並不知道這些假設是否真的適用於遙遠的宇宙。」
該團隊推斷，如果QSO1的黑洞核心質量真如最初設想的那樣巨大，那麼它的質量應該能從圍繞其旋轉的氣體的運動中觀測到。因此，他們利用韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀繪製了這些氣體的運動圖，發現它們圍繞一個中心點運行，類似於太陽系行星圍繞太陽運行的方式，這種現象被稱為開普勒運動。
「這很重要，因為它告訴我們，QSO1的大部分質量都集中在中心的黑洞中，」劍橋大學的團隊共同負責人伊格納斯·尤奧茲巴利斯(gnas Juodžbalis)說。「如果質量分佈更分散，就像有很多恆星那樣，氣體就不會有這種完美的開普勒旋轉。」
這使得研究團隊首次能夠直接測量 QSO1 中心黑洞的質量。
「這是一個驚人的結果。」馬約利諾補充道。「這是首次直接測量宇宙大爆炸后十億年以內誕生的黑洞質量，而且與之前的測量結果一致。」
這表明，這個質量為5000萬個太陽質量的超大質量黑洞，占這顆小紅點總質量的驚人66%。這個比例比本星系群中超大質量黑洞質量與星系質量的比例高出數千倍。這表明，這個黑洞不可能是由坍縮的恆星逐漸吞噬周圍星系而形成的，它出生時就很大，現在它周圍正在形成一個最終會發展成星系的物質。
關於QSO1黑洞仍有許多謎團尚未解開，尤其是它的形成方式。研究團隊認為，這個黑洞可能起源於坍縮的氣體和塵埃雲中誕生的「重種子」。或者，它也可能直接誕生於宇宙大爆炸的最初時刻，通過某種尚未被發現的過程形成。
資料來源：
https://www.space.com/astronomy/black-holes/james-webb-space-telescope-discovers-a-black-hole-that-formed-before-its-host-galaxy-scientists-arent-sure-how
來源：正見新聞網