@NASAWebb的新数据显示，超大质量黑洞可以在没有更大宿主星系提供物质的情况下增长到当前规模。

这有助于解释为何早期宇宙中一些黑洞能如此迅速地变得巨大。 https://t.co/9l3SjnKHqZ https://t.co/oeMaJX2RHH

NASA韦布揭示星系形成前就已存在的黑洞

来源：https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/?utm_source=TWITTER&utm_medium=NASA&utm_campaign=NASASocial&linkId=952336441

是星系先形成，还是黑洞先形成？我们尚不清楚，但科学家长期以来认为可能是星系先出现：现有星系中的大质量恒星耗尽燃料后坍缩形成黑洞，这些黑洞吞噬周围物质并随时间合并，从而形成更庞大的天体。

然而，早期宇宙中已探测到数千个质量达太阳数百万至数十亿倍的黑洞，它们如何从如此微小的种子迅速成长，一直难以解释（https://science.nasa.gov/universe/glossary/#stellar-mass-black-hole）。

如今，利用NASA詹姆斯·韦布空间望远镜的研究人员发现了明确证据，表明一些超大质量黑洞从一开始就十分巨大，它们并非经由恒星坍缩阶段形成，也无需显著更大的宿主星系提供物质。

“这是一项非凡的发现，”英国剑桥大学的罗伯托·马约利诺（Roberto Maiolino）表示，他是发表在《自然》（https://www.nature.com/articles/s41586-026-10579-4）和《皇家天文学会月刊》（https://academic.oup.com/mnras/article/548/1/staf2109/8607050）上的研究论文的合著者。“这是一种范式转变，彻底重新审视了黑洞形成与增长的传统图景。”

该团队的结论基于对Abell2744-QSO1（QSO1）的详细观测（https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/program-information?id=5015），QSO1是一个典型的“小红点”（https://science.nasa.gov/missions/webb/newfound-galaxy-class-may-indicate-early-black-hole-growth-webb-finds/），存在于大爆炸后仅7亿年。

尽管QSO1直径只有1300光年，其光线已传播超过130亿年，但它比大多数其他“小红点”更容易研究，因为它被星系团Abell 2744（潘多拉星系团）（https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-uncovers-new-details-in-pandoras-cluster/）引力透镜（https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-behind-the-discoveries/hubble-gravitational-lenses/）放大并产生三重影像——它在天空中呈现为三个不同位置。

对QSO1的初步研究（https://arxiv.org/abs/2308.05735）提供了有力证据，表明它可能只是一个发光的氢和氦气体云，围绕着一个估计质量为太阳4000万倍的超大质量黑洞旋转。但与韦布发现的其他早期黑洞一样，它是否真的如此巨大仍存在不确定性。

“此前，早期宇宙中所有黑洞的质量测量都是间接的，基于我们对本地宇宙黑洞的假设。我们不知道这些假设是否真的适用于遥远宇宙，”论文合著者、同样来自剑桥大学的弗朗切斯科·德乌杰尼奥（Francesco D’Eugenio）说。

太空望远镜图像显示，在黑色太空背景上，有数百个大小、颜色和形状各异的明亮天体。颜色从白色到深红色不等。形状包括椭圆形、螺旋形、点状、短划线状和弧形。图像中心附近许多大型天体呈模糊的白色，带有明亮的白色核心。散布在图像中的许多较小天体呈粉红色到红色。图像中央部分三个天体用白色小方框标出：12点方向标有“C”的方框；3点方向标有“B”的方框；4点方向标有“A”的方框。这三个天体的图像在右侧垂直排列的方框中放大显示。从上到下分别标为QSO1A、QSO1B和QSO1C。每个方框中心有一个微小的圆形红点。QSO1A（顶部）明显更大、更亮、更清晰。中间的QSO1B最小、最模糊，且被旁边一个较大的白色天体的光线部分淹没。

NASA詹姆斯·韦布空间望远镜的NIRCam拍摄的图像显示了“小红点”Abell2744-QSO1，它被星系团Abell 2744（潘多拉星系团）放大并形成三重影像。

图片来源：NASA、ESA、CSA、Lukas Furtak（本-古里安大学）；图像处理：Alyssa Pagan（STScI）

研究团队认识到，如果QSO1的黑洞确实如看起来那样巨大，那么他们应该能够利用韦布NIRSpec（近红外光谱仪）上的积分场单元（IFU，https://science.nasa.gov/asset/webb/how-do-space-telescopes-break-down-light/）来追踪其引力对周围旋转气体产生的影响，同时绘制气体中各种元素的分布图。

剑桥大学研究生Ignas Juodžbalis和佛罗伦萨大学的Cosimo Marconcini（其中一项研究的主要作者）利用IFU观测（https://spacetelescopelive.org/webb?obsId=01JDZCVD08MH689K9X9PZF94MZ）绘制了黑洞周围氢气的运动图。当他们绘制旋转速度（https://science.nasa.gov/universe/glossary/#radial-velocity）随距中心距离变化的函数时，发现气体具有开普勒运动（https://science.nasa.gov/universe/glossary/#keplers-laws）：它围绕中心点旋转，方式类似于太阳系中行星绕太阳运行。

“这很重要，因为它告诉我们QSO1的大部分质量集中在中心的黑洞中，”Juodžbalis说。“如果质量分布更分散（比如存在大量恒星的情况），气体就不会有这种完美的开普勒旋转。”

由于开普勒运动由简单的万有引力定律（https://science.nasa.gov/universe/glossary/#newtons-law-of-universal-gravitation）支配，研究团队能够利用气体速度测量直接计算黑洞质量，这是此前无法实现的壮举。

他们发现，这个黑洞不仅极其巨大——约5000万太阳质量——而且至少占QSO1总质量的惊人三分之二。这一比例是邻近星系数千倍，在邻近星系中，超大质量黑洞仅占宿主星系总质量的极小一部分。

IFU成分图支持了这些结果，显示QSO1中的气体几乎完全是氢和氦，几乎没有像氧这样的较重元素——而富含恒星和恒星碎片的星系中本应存在这些元素。QSO1的金属丰度（https://science.nasa.gov/universe/glossary/#metal）不到太阳的0.5%，是迄今测量到的最原始星系环境之一。

“这是一个惊人的结果，”马约利诺说。“这是首次直接测量大爆炸后10亿年内的黑洞质量，并且与之前的测量结果一致。”研究团队认为，这是一个好迹象，表明用于间接质量测量的假设是有效的，早期宇宙中其他黑洞的质量并未被高估。

QSO1相对于其宿主星系的超大质量表明，它不可能由更小的恒星质量黑洞逐渐合并和吸积形成。“我们似乎发现了一个没有显著宿主星系、且早于恒星演化过程的黑洞，”Juodžbalis说。“这非常令人兴奋，因为它是原初黑洞（https://science.nasa.gov/universe/black-holes/types/#primordial）或直接坍缩黑洞（https://science.nasa.gov/blogs/webb/2025/07/15/nasas-webb-finds-possible-direct-collapse-black-hole/）的证据，这些黑洞一直处于理论但未获证实的状态。”

无论QSO1的黑洞是从大爆炸后第一秒内形成的“重种子”演化而来，还是稍晚时由巨大气体云坍缩形成，它几乎可以肯定是一开始就很大，并且可能正处于在其周围构建星系的早期阶段。

研究团队认为，像QSO1这样的“小红点”在早期宇宙中不可能罕见，他们正在分析类似天体（https://spacetelescopelive.org/webb?obsId=01KCA6KSR1D120NNW7DK4BMHHM），以查明超大质量黑洞是否确实先于它们目前所在的星系存在。

詹姆斯·韦布空间望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦布正在解开我们太阳系中的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦布是一项由NASA领导、与欧洲空间局（ESA）和加拿大空间局（CSA）合作的国际计划。

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https://science.nasa.gov/webb (https://science.nasa.gov/webb)

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