理论物理学家霍金于1970年代预测了原初黑洞存在,并提出原初黑洞由暗物质组成,最近,一组国际天文团队直接测量韦伯太空望远镜观测的一个微型高红移天体质量,发现它具超高密度和极低光度特征,符合理论预期,很可能是原初黑洞第一个直接证据。

原初黑洞(primordial black hole,PBH)是一种假想黑洞类型,理论指出原初黑洞并非经大质量恒星引力塌缩形成,而是宇宙大爆炸后最初一小段时间内,因局部区域高密度涨落而直接塌缩形成,能保持稳定直至今日,可能是超大质量黑洞“种子”,并能解释暗物质起源,是暗物质与早期宇宙物理关键假说,承受多种观测严格检验。

原初黑洞若存在,虽然只占全宇宙暗物质一小部分,但对宇宙演化产生重要影响。

韦伯太空望远镜已在宇宙再电离时代观测到一组神秘“小红点(LRD)”,出现于大爆炸后仅6亿年,这类特征通常被认为是早期宇宙孕育黑洞快速增长的婴儿星系,然而英国剑桥大学天体物理学家Ignas Juodžbalis领导的国际团队首次直接测量其中一个小红点天体质量,发现名为QSO1的天体质量相当于太阳5,000万倍,很可能是理论上的原初黑洞。

先有星系才有黑洞,还是先有黑洞才有星系?

传统吸积模型表明黑洞以星系气体、恒星为食生长,意即先有星系才有黑洞,然而QSO1天体若是位于星系中心的黑洞,该星系总质量明显小于预期,不存在大规模恒星形成活动或活跃星系核迹象,环境金属度、尘埃与气体量也不足以支持黑洞增长,可说黑洞近乎“裸露”。

这项发现说明,QSO1实际上很可能是大爆炸后率先诞生的原初黑洞,于早期宇宙扮演“种子”角色加速重子物质集结,才形成高密度星系核。

若后续更多观测确认QSO1为原初黑洞(排除周边恒星气体分布、识别是否有其他机制造成类似现象),将成史上首次直接证实霍金1970年代提出的理论预测,重新定义我们对早期宇宙质量分布、重子物质聚集与星系形成机制认知,探讨早期宇宙的超大质量黑洞和星系“谁先谁后”关键命题。

新论文尚未经过同行评审,可先至《arXiv》网站阅览。

(首图来源:AI生成)