无限与无限的奇迹：黑洞诞生的直接证据

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作者：Jim Shelton, Yale University

翻译：吕梓欣

校对：马艺朔

美工：邱和琴

后台：朱宸宇

原文链接：https://phys.org/news/2025-07-infinity-evidence-black-hole-birth.html

通过詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的“无限”星系。它由两个星系间的宇宙碰撞形成。图中标示了三个黑洞，其中可能的新生黑洞位于中间，另外两个是碰撞之前就已经存在的黑洞。

图源：美国宇航局（NASA）、彼得·范·多科姆（P. van Dokkum）、加百列·布拉默（G. Brammer）

耶鲁大学天文学家彼得·范·多科姆与一组研究人员在太空中发现了一个天体，并将其命名为“无限”星系。那实际上是两个最近相撞的星系，合起来看酷似无限符号（∞）。

研究人员表示，在“无限”星系的中心，一个超大质量黑洞镶嵌于一团气体云中。

这一发现已发表在了《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）的新研究当中。

研究人员表示，这一发现相当有趣，因为它展现了一种黑洞形成的新方式，为早期宇宙中那些极其巨大的黑洞提供了可能的解释；并且，这可能是首次直接捕捉到超大质量黑洞诞生后不久的证据。

“这也许是我们迄今所能获得的最接近确凿证据的发现了。”这项研究的第一作者，索尔·戈德曼家族天文学教授，同时也是耶鲁大学文理学院物理教授的范·多科姆表示。

他表示，这个星系的一切都非比寻常。

“它不仅看起来非常奇特，而且还有一个正在吸积大量物质的超大质量黑洞。”他说道，“最最奇特的是，这个黑洞并不在这两个正在合并的星系的任何一个的核中，而是在它们中间。这不禁让我们产生疑问：我们该如何解释这一现象？”

范·多科姆和哥本哈根大学的天文学家加百列·布拉默在研究宇宙网（COSMOS-Web）调查中的图像时发现了这一现象。这些图像是美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜数据档案的一部分。

范·多科姆还领导了对韦伯数据的后续观测。此外，研究人员还利用了凯克天文台（W.M. Keck Observatory）的数据，以及美国国家射电天文台（National Radio Astronomy Observatory）甚大阵和钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的档案数据。

JWST and HST images of the ∞ galaxy. Credit: The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/addcfe

韦伯太空望远镜和哈勃空间望远镜的∞星系图像。

图源：《天体物理学杂志通讯》2025版。DOI: 10.3847/2041-8213/addcfe

研究人员称，发现一个不在大质量星系核心位置的黑洞本身就很不寻常，更何况这个黑洞刚形成不久，这简直是一件前所未有的事情。

“换句话说，我们正史无前例地见证一个超大质量黑洞的诞生。”范·多科姆说道。

这一发现也对当前关于早期宇宙黑洞形成的争论具有重要意义。

一种名为“轻种子”的理论认为，小黑洞诞生于恒星核心的坍缩和爆炸，并最终合并成超大质量黑洞。

然而，在这一理论下，黑洞的形成需要非常长的时间。韦伯望远镜已经观测到在宇宙极早期就存在的超大质量黑洞；其出现时间之早，无法用“轻种子”理论来解释。

因此，另一个被称为“重种子”的理论出现了。这一理论得到了耶鲁大学天体物理学家普里亚姆瓦达·纳塔拉扬（Priyamvada Natarajan）等科学家的支持。该理论认为，更大的黑洞可以在大型气体云的坍缩中形成。问题是，气体云的坍缩往往会形成恒星。

然而，范·多科姆认为，“无限”星系的发现或许能够展示在极端条件下，包括“重种子”理论所提出的早期宇宙环境，黑洞是如何产生的。

“在这种情况下，两个盘状星系相撞，形成了我们所看到的恒星环状结构。”他说道，“在碰撞的过程中，这两个星系内的气体被冲击和压缩。这种压缩或许足以形成一个致密的结，进而直接坍缩成一个黑洞。”

“虽然这样的碰撞十分罕见，但在早期宇宙时代，星系刚刚开始形成，类似的极端气体密度是相当普遍的。”他补充道。

范·多科姆及他的同事强调，目前还需要进一步的研究来证实这些发现，并深入理解其对黑洞形成理论的启示。

责任编辑：DAIKIN

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暗能量相机拍摄的玫瑰星云

图片来源: CTIO, NOIRLab, DOE, NSF, AURA；

影像处理：T. A. Rector (U. Alaska Anchorage), D. de Martin (NSF’s NOIRLab)及 M. Zamani

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