快来！巨型黑洞出生现场！

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原文：Michelle Starr

翻译：尹天任

校对：王茸 蔡贺菁

美编：徐玖坤

后台：胡永葳

两个合并星系之间的发光斑点掩盖了一个新形成的超级质量黑洞。(van Dokkum et al., arXiv, 2025)

超大质量黑洞（Supermassive Black Holes）是宇宙中最令人困惑的问题之一。这些庞然大物的质量从几百万倍到数百亿倍太阳质量不等，潜伏在几乎每个星系的中心——它们是星系的引力核心，恒星、行星以及闪耀的气体云围绕其进行复杂的运行。

我们尚不清楚这些巨兽是如何诞生的。它们是从类似恒星核心大小的“种子“慢慢积累质量而成长？还是直接由极为致密的巨型物质云塌缩形成——这些物质云因自身引力而无法保持稳定，最终坍缩？

一项新的发现或许——至少是部分地——为我们提供了答案。

一对光线穿越83亿年才抵达地球的合并中的星系，包含一个天文学家认为正在形成的超大质量黑洞。如果这一判断正确，那将是人类首次见证该形成过程，这为揭示超大质量黑洞起源提供了关键且前所未有的一块拼图。

我们认为我们正在目睹一个超大质量黑洞的诞生——这是前所未有的，美国耶鲁大学的天文学家Pieter van Dokkum表示。

Infinity Galaxy的构造以及其三个超级黑洞。 (NASA, P. van Dokkum, G. Brammer)

这项铁证被发现于一对正在发生碰撞的星系，它们的形态类似数字8或无限符号（∞）。研究人员将这一天体命名为“无限星系“（Infinity galaxy），它的确是通过詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）的COSMOS-Web宇宙巡天项目中寻找异常天体时发现的一个奇特例子。

这两个星系的“叶瓣”（星系核两侧大致对称的椭圆形结构，这些叶瓣是强烈的无线电发射区域）各自拥有一个明亮的核心，分别藏有一个超大质量黑洞。然而，在两瓣重叠交汇之处，还可以看到第三个明亮的发光区域。

研究人员在多个波长下仔细分析这个发光区域，惊讶地发现那里存在第三个超大质量黑洞的特征信号，就位于无限星系两瓣之间的正中央。

“我们不禁问自己：这到底意味着什么？”van Dokkum 说道。

对这个异常黑洞周围物质的更精细分析表明，它是新形成的，处于一片炽热而受冲击的气体区域之中。这表明了一种新的黑洞形成机制，即“直接坍缩模型”（direct collapse model）。

“在这个案例中，两颗盘状星系发生了碰撞，形成了我们所看到的恒星环结构。碰撞期间，这两个星系中的气体受到了冲击并被压缩。这种压缩可能刚好足以形成一个高密度气团，随后塌缩成黑洞。”van Dokkum 解释道。

虽然这种碰撞事件非常罕见，但在宇宙早期星系刚刚形成的阶段，这种极端高密度的气体情况可能非常普遍。

星系碰撞一直被认为是超大质量黑洞增长的一种机制。当两个星系融合时，它们各自的中心黑洞也会受到强大的引力吸引，最终发生碰撞并合并成一个更大的黑洞。

这种星系碰撞也被认为是早期宇宙中星系增长的关键过程；科学家认为我们的银河系也经历了多次此类合并事件。

这个假设合理，但它并没有回答一个关键问题：这些星系中心的中等质量、但仍属“超大质量”级别的黑洞是如何形成的。越来越多的证据支持“直接坍缩模型”，但我们尚未亲眼目睹这一过程。

“无限星系“出现在宇宙138亿年历史的中段偏前，而早期宇宙中遍布着密集的氢气云，这些气体云有可能彼此碰撞，产生受冲击的高密度气团，其过程与本次观测到的极为相似。因此，这一发现强有力地支持了宇宙初期即存在“直接坍缩模型”的观点。

“这是我们目前所能获得的最接近‘铁证’的证据了。“van Dokkum 说。

https://www.sciencealert.com/this-could-be-the-first-witnessed-birth-of-a-supermassive-black-hole

『天文湿刻』 牧夫出品

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银心黑洞 Credit: IOP China

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