摘要:2023年,詹姆斯・韦伯太空望远镜拍下的一张照片里,三个不起眼的红色斑点藏在白色星系之间,以色列天文学家卢卡斯・富尔塔克放大图片时突然愣住——这三个红点完全没有被引力透镜拉伸的痕迹,在被扭曲成香蕉状的星系背景里,它们圆得异常诡异。
2023年,詹姆斯・韦伯太空望远镜拍下的一张照片里,三个不起眼的红色斑点藏在白色星系之间,以色列天文学家卢卡斯・富尔塔克放大图片时突然愣住——这三个红点完全没有被引力透镜拉伸的痕迹,在被扭曲成香蕉状的星系背景里,它们圆得异常诡异。
后续六个月的观测证实了这个惊人发现:这是一个质量相当于5000万个太阳的黑洞,独自漂浮在早期宇宙中,周围找不到任何星系的痕迹。
如今宇宙已经140亿岁,而它在宇宙刚过“婴儿期”就长成了巨无霸,如果宇宙现在是位70岁老人,这相当于在他5岁时就发现了一颗成年心脏。
这个被命名为QSO1的天体,正在让天文学家重新书写宇宙历史。
宇宙放大镜下的意外发现
发现QSO1的过程像一场宇宙级的侦探游戏,韦伯望远镜利用前方星系和暗物质形成的“引力透镜”,把遥远天体的光线像放大镜一样弯曲放大。
这种自然形成的宇宙望远镜,让人类得以看到宇宙诞生初期的景象。
富尔塔克当时正在分析这些被透镜扭曲的星系图像,三个顽固的红点引起了他的注意。
正常星系被透镜放大后会变成弧形或香蕉状,而这些红点始终保持完美的圆形。
“这肯定不是星系”,他立刻意识到,只有密度极高的天体才会呈现这种特征——那只能是黑洞。
接下来的40小时观测中,韦伯望远镜收集了红点的光谱数据,科学家们通过分析光的颜色变化,计算出围绕这个天体旋转的气体速度。
结果令人震惊:这些气体以剧烈的漩涡状态运动,围绕着一个看不见的中心,就像地球绕太阳公转一样规律。
通过这种运动轨迹,研究团队精确测量出这个中心天体的质量——5000万个太阳质量,直径却不超过100光年。
更奇怪的是,光谱分析显示,围绕黑洞的气体几乎是纯氢,这意味着在它周围,恒星还没来得及形成和死亡——通常恒星会通过核聚变产生重元素,死亡时将这些元素散播到宇宙中。
巴黎天体物理研究所的玛塔・沃隆特里说:“最合理的解释是,这个黑洞在星系形成之前就已经存在了。”
过去我们一直认为,黑洞和星系的关系就像鸡和蛋——大质量恒星死亡后形成黑洞,这些黑洞聚集在星系中心,通过吞噬气体逐渐长大。
就像人类需要家庭和社会才能成长,黑洞也该被星系“包裹”着长大。
QSO1却打破了这个规律,剑桥大学罗伯托・马约利诺团队发现,这个黑洞至少占整个天体系统质量的三分之二,剩下的全是气体,几乎没有恒星。
爱尔兰梅努斯大学的约翰・里根觉得这个估计太保守,他认为黑洞占比可能高达90%:“我们以前从未见过这样的事情。”
这就像在沙漠里发现了一头大象,周围却没有任何植被和水源,传统理论无法解释,一个这么大的黑洞怎么会独自出现在早期宇宙。
按照恒星坍缩形成黑洞的传统模型,要在7.5亿年内长到5000万个太阳质量,需要以超乎想象的速度吞噬物质,而且必须从一开始就有巨大的“种子”。
韦伯望远镜还发现了300多个类似的“小红点”天体。
中国科学院上海天文台的团队2025年在近邻星系中找到了这些小红点的对应体,它们同样具有致密的形态和特殊的光谱特征。
这说明QSO1不是偶然现象,早期宇宙可能充满了这类“裸黑洞”。
科尔比学院的戴尔・科切夫斯基说:“你很少发现无法解释的事情,这个领域一直对它们着迷。”
QSO1的起源成了最大的谜团,最激动人心的解释,指向了斯蒂芬・霍金1971年提出的一个假说:宇宙大爆炸时可能直接产生了黑洞。
按照这个理论,大爆炸后瞬间的物质分布不均匀,某些密度极高的区域可能直接坍缩成黑洞。
这些“原始黑洞”自宇宙诞生就存在,比恒星和星系出现得更早,就像一杯刚冲好的奶茶,还没等茶叶沉淀,就先长出了黑色的珍珠。
巴黎理论家沃隆特里认为这是最合理的解释:“大爆炸产生的婴儿宇宙,某些地方密度特别大,足够直接坍缩成黑洞,然后慢慢吸收周围物质长大。”
这些原始黑洞可能就是如今超大质量黑洞的种子。
另一种可能是“不太原始的黑洞”,纽约大学研究人员提出,大爆炸后的致密物质没有立即坍缩,而是先形成巨大的气体云。
宇宙背景辐射阻止这些气体云冷却形成恒星,最终坍缩成黑洞。
耶鲁大学的Priyamvada Natarajan还有个更戏剧性的理论:早期星系中形成的巨大黑洞像吃豆人一样四处游荡,吞噬气体后星系消失,只留下孤独的黑洞。
但这些理论都无法完美解释QSO1的纯氢环境,唯一被排除的是教科书里的恒星坍缩模型——这个黑洞显然不是由恒星死亡形成的。
更支持原始黑洞理论的证据来自另一项发现:2025年发现的LID-568黑洞在宇宙15亿岁时,正以超过理论极限40倍的速度吞噬物质。
这说明早期黑洞确实能快速成长,而QSO1可能就是这样的原始黑洞经过数亿年吸积形成的。
QSO1的发现正在改变我们对宇宙早期历史的认知,过去天文学家只能看到宇宙“青少年时期”的星系,就像仅凭成年人的照片推测人类成长史。
现在韦伯望远镜让我们看到了宇宙“幼儿园时期”的样子。
里根打了个比方:“这就像突然看到蹒跚学步的幼儿,他们像疯子一样四处乱跑,完全不符合之前的理论。”
早期宇宙可能不是先形成星系再诞生黑洞,而是两者同时甚至黑洞更早出现,这些原始黑洞可能像种子一样,后来逐渐吸引气体形成星系。
另一个名为UHZ1的黑洞同样颠覆认知,它在宇宙诞生不到5亿年时就已存在,也是由气体云直接坍缩形成,跳过了恒星阶段。
这些发现共同指向一个结论:宇宙早期存在多种黑洞形成方式,远比我们想象的更复杂。
随着韦伯望远镜获取更多数据,以及中国天眼等设备的加入,人类正在拼凑出宇宙童年的真实图景,那个曾经被认为有序演化的早期宇宙,可能其实是个充满意外的“狂野派对”。
QSO1这颗5000万太阳质量的“裸黑洞”,就像宇宙留下的时间胶囊,它告诉我们,关于宇宙的起源,我们还有太多不知道的事情。
而每一个新发现,都在让我们离真相更近一步,霍金五十年前的猜想是否正确?更多小红点的秘密等待揭晓,宇宙的历史或许正要被重新书写。
来源:易霄寒