[비즈한국] 新的望遠鏡總能揭示此前從未見過的秘密。哈勃空間望遠鏡升空後，天文學家在宇宙各處發現了形狀異常扭曲的星系，從而意識到宇宙實際上是在時空波浪中起伏的。如今，這種引力透鏡影像已成為隨處可見的常態。
詹姆斯·韋布空間望遠鏡又接連展示了哈勃望遠鏡也無法觀測到的、令人困惑的景象。尤其是當韋布望遠鏡觀測宇宙邊緣、即極其遙遠的過去時，發現宇宙盡頭出現了過多的紅色斑點。這些紅色斑點被稱為LRD（Little Red Dots，小紅點），其真實身份尚未揭曉。說它們是普通的原始星系有些牽強，但要將其視為遙遠宇宙中閃耀的巨大恆星也同樣模糊。
然而問題在於，它們被發現的頻率過高了。如果偶爾發現一個，還可以認為它是早期宇宙中某種奇特的特殊天體，但事實並非如此。LRD看起來像是早期宇宙中一種極為常見的景觀。
這些紅色斑點最初是在探索星系演化過程中尚未解決的“缺失環節”時被發現的。幾乎每個星系中心都潛伏著一個巨大的黑洞，且該黑洞的質量與星系質量之間存在精確的比例關係。事實上，從質量比來看，星系中心黑洞僅佔星系總質量的千分之一，微不足道，但這個“相對”較小的黑洞竟然遵循與龐大星系質量相對應的精確法則，這不禁讓人思考黑洞與星系之間可能存在的共同演化。
問題在於，我們尚不清楚星系中心黑洞的確切起源。對於輕得多的恆星質量黑洞，我們已知它是透過大質量恆星坍縮形成的。然而，星系中心的超大質量黑洞尚不明確。甚至無法確定是星系先形成，後來中心物質聚集形成了黑洞；還是宇宙初期先誕生了黑洞，物質在其周圍聚集才形成了現在的星系。
天文學家曾期待，如果韋布望遠鏡能觀測到宇宙的盡頭，就能看到原始超大質量黑洞形成的現場。黑洞憑藉強大的引力吸引周圍物質，使其快速旋轉。因此，黑洞周圍的光會經歷極端的“多普勒效應”，光譜中發射線的波長會向兩側大幅展寬，這被稱為“線寬增加”。如果在光譜中發現了這種特徵，就能推斷中心存在巨大的黑洞。
透過韋布望遠鏡的觀測，確實發現了許多具有這種寬線寬的天體，但令人驚訝的是，它們在照片中的模樣更讓人困惑。如果物質以那樣高的速度旋轉，其體積理應非常大。然而，照片中顯示的紅色斑點卻非常微小。這意味著該天體質量巨大，但體積極小，是一個密度極高、非常緻密的團塊。但這既不是我們已知的普通星系，也不是普通黑洞。這是一種從未見過的、全新的天體型別。
明亮的紅光也是一個疑點。乍一看，可以認為是因為巨大的黑洞被厚實且濃密的塵埃雲包裹，從而釋放出大量的紅外光。在厚重塵埃雲中潛藏著活動星系的情況下，近處的星系中確實也會觀測到強烈的紅外輻射。但有一個問題：這類活動星系不僅釋放紅外線，還會同時釋放X射線、伽馬射線等更強的高能光。然而，迄今為止捕捉到的LRD只散發出鮮紅色的紅外光。
一些天文學家推測，這是因為恆星數量極少且極其輕盈的原始星系，其中心卻擁有一顆與其體型不匹配的超重黑洞。這有時被視為黑洞先壯大體型，隨後物質聚集從而形成星系的假說證據。然而，這種過度緻密、即“緊湊”的團塊在現有的標準宇宙模型中難以想象。即使透過模擬，也很難重現這種天體。這意味著早期宇宙的演化方式可能與我們一直以來認為的平靜圖景大相徑庭。
本次研究主張，LRD的真身是巨大氣體雲一次性坍縮而成的所謂“直接坍縮黑洞”。巨大的氣體雲跳過了形成恆星的過程，也沒有經過超新星爆發等階段，而是直接坍縮，可以製造出近太陽質量1000倍的原始黑洞。它隨後吞噬更多物質，並與其他黑洞合併，最終成長為今天星系中心居住的太陽質量數千萬倍以上的巨大超大質量黑洞。
直接坍縮黑洞被視為超大質量黑洞的種子，但尚未透過實際觀測明確證實其存在。然而，在本次研究中，天文學家主張LRD的真身正是這一傳說中的直接坍縮黑洞。他們模擬了直接坍縮黑洞的形成過程，重現了在此過程中周圍應觀測到何種光譜特徵，其結果與目前韋布望遠鏡捕捉到的LRD典型特徵非常相似。
這一結果非常引人入勝。只要在中心放一個巨大的黑洞，周圍再用極其普通的塵埃雲遮住即可。塵埃雲吸收黑洞周圍逸出的光並再次發射，導致大部分光線偏向紅外線，從而散發出紅光。於是，LRD的光譜就這樣形成了。這裡不需要恆星。只有在沒有一顆恆星，僅有氫氣和塵埃雲包裹著黑洞的情況下，才能重現精準的LRD光譜。
與其它普通活動星系不同，LRD之所以難以觀測到伽馬射線和X射線，原因也能解釋。既然能瞬間坍縮形成巨大的雲團和巨大的黑洞，那最初的塵埃雲密度理應相當高。由於黑洞潛藏在極其濃密的塵埃雲中，一般的能量無法穿透塵埃雲，黑洞散發的常規水平X射線被直接吸收。塵埃雲吸收X射線後再將其轉換為紅外線釋放，只會讓LRD顯得更紅，而不會檢測到其它的強力X射線輻射。
甚至有人為這種模型取了一個更具戲劇性的名字，即“黑洞星（Black Hole Star）”！這是一種中心存在黑洞，外部被如同巨大恆星般高密度氣體雲包裹並孕育著黑洞的形態。此外，由於這是早期宇宙中的天體，氣體塵埃雲大部分由純氫組成。因此，將其視為中心孕育著黑洞的巨大氫團、即真正蘊含黑洞的巨大恆星也未嘗不可。
宇宙極其怪異。尤其是越往過去的宇宙回溯，就越顯得怪異。我們曾認為宇宙是由普通的恆星和星系填滿的世界，但它並非從一開始就是如此。或許在漫長的歲月流逝後，未來的文明會認為今天的宇宙反而顯得怪異。現在的普通恆星和星系終有一天會全部消失，並被排擠出宇宙的主流。那時，我們完全無法想象的、形態怪異的天體將顯露真身，佔據宇宙的新主流，將今天的恆星和星系變成怪異的存在。到了那時，我們就會成為新的LRD。
參考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260114368P/abstract
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/09/aa54681-25/aa54681-25.html
作者池雄培（Ji Ung-bae）是誰？他熱愛貓與宇宙。童年時因觀看《銀河鐵道999》而萌生了宣傳宇宙之美的夢想。目前作為世宗大學自由專業學部助教，同時從事講座、寫作等多種科學傳播活動。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨宇宙中的科學家們》、《無法前往卻可探知的宇宙》、《看到宇宙就會浮現的奇怪問題》等書，並翻譯了《銀河系漫遊指南》、《我為何殺死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。