[비즈한국] 新的望远镜总能揭示此前从未见过的秘密。哈勃空间望远镜升空后，天文学家在宇宙各处发现了形状异常扭曲的星系，从而意识到宇宙实际上是在时空波浪中起伏的。如今，这种引力透镜影像已成为随处可见的常态。
詹姆斯·韦布空间望远镜又接连展示了哈勃望远镜也无法观测到的、令人困惑的景象。尤其是当韦布望远镜观测宇宙边缘、即极其遥远的过去时，发现宇宙尽头出现了过多的红色斑点。这些红色斑点被称为LRD（Little Red Dots，小红点），其真实身份尚未揭晓。说它们是普通的原始星系有些牵强，但要将其视为遥远宇宙中闪耀的巨大恒星也同样模糊。
然而问题在于，它们被发现的频率过高了。如果偶尔发现一个，还可以认为它是早期宇宙中某种奇特的特殊天体，但事实并非如此。LRD看起来像是早期宇宙中一种极为常见的景观。
这些红色斑点最初是在探索星系演化过程中尚未解决的“缺失环节”时被发现的。几乎每个星系中心都潜伏着一个巨大的黑洞，且该黑洞的质量与星系质量之间存在精确的比例关系。事实上，从质量比来看，星系中心黑洞仅占星系总质量的千分之一，微不足道，但这个“相对”较小的黑洞竟然遵循与庞大星系质量相对应的精确法则，这不禁让人思考黑洞与星系之间可能存在的共同演化。
问题在于，我们尚不清楚星系中心黑洞的确切起源。对于轻得多的恒星质量黑洞，我们已知它是通过大质量恒星坍缩形成的。然而，星系中心的超大质量黑洞尚不明确。甚至无法确定是星系先形成，后来中心物质聚集形成了黑洞；还是宇宙初期先诞生了黑洞，物质在其周围聚集才形成了现在的星系。
天文学家曾期待，如果韦布望远镜能观测到宇宙的尽头，就能看到原始超大质量黑洞形成的现场。黑洞凭借强大的引力吸引周围物质，使其快速旋转。因此，黑洞周围的光会经历极端的“多普勒效应”，光谱中发射线的波长会向两侧大幅展宽，这被称为“线宽增加”。如果在光谱中发现了这种特征，就能推断中心存在巨大的黑洞。
通过韦布望远镜的观测，确实发现了许多具有这种宽线宽的天体，但令人惊讶的是，它们在照片中的模样更让人困惑。如果物质以那样高的速度旋转，其体积理应非常大。然而，照片中显示的红色斑点却非常微小。这意味着该天体质量巨大，但体积极小，是一个密度极高、非常致密的团块。但这既不是我们已知的普通星系，也不是普通黑洞。这是一种从未见过的、全新的天体类型。
明亮的红光也是一个疑点。乍一看，可以认为是因为巨大的黑洞被厚实且浓密的尘埃云包裹，从而释放出大量的红外光。在厚重尘埃云中潜藏着活动星系的情况下，近处的星系中确实也会观测到强烈的红外辐射。但有一个问题：这类活动星系不仅释放红外线，还会同时释放X射线、伽马射线等更强的高能光。然而，迄今为止捕捉到的LRD只散发出鲜红色的红外光。
一些天文学家推测，这是因为恒星数量极少且极其轻盈的原始星系，其中心却拥有一颗与其体型不匹配的超重黑洞。这有时被视为黑洞先壮大体型，随后物质聚集从而形成星系的假说证据。然而，这种过度致密、即“紧凑”的团块在现有的标准宇宙模型中难以想象。即使通过模拟，也很难重现这种天体。这意味着早期宇宙的演化方式可能与我们一直以来认为的平静图景大相径庭。
本次研究主张，LRD的真身是巨大气体云一次性坍缩而成的所谓“直接坍缩黑洞”。巨大的气体云跳过了形成恒星的过程，也没有经过超新星爆发等阶段，而是直接坍缩，可以制造出近太阳质量1000倍的原始黑洞。它随后吞噬更多物质，并与其他黑洞合并，最终成长为今天星系中心居住的太阳质量数千万倍以上的巨大超大质量黑洞。
直接坍缩黑洞被视为超大质量黑洞的种子，但尚未通过实际观测明确证实其存在。然而，在本次研究中，天文学家主张LRD的真身正是这一传说中的直接坍缩黑洞。他们模拟了直接坍缩黑洞的形成过程，重现了在此过程中周围应观测到何种光谱特征，其结果与目前韦布望远镜捕捉到的LRD典型特征非常相似。
这一结果非常引人入胜。只要在中心放一个巨大的黑洞，周围再用极其普通的尘埃云遮住即可。尘埃云吸收黑洞周围逸出的光并再次发射，导致大部分光线偏向红外线，从而散发出红光。于是，LRD的光谱就这样形成了。这里不需要恒星。只有在没有一颗恒星，仅有氢气和尘埃云包裹着黑洞的情况下，才能重现精准的LRD光谱。
与其它普通活动星系不同，LRD之所以难以观测到伽马射线和X射线，原因也能解释。既然能瞬间坍缩形成巨大的云团和巨大的黑洞，那最初的尘埃云密度理应相当高。由于黑洞潜藏在极其浓密的尘埃云中，一般的能量无法穿透尘埃云，黑洞散发的常规水平X射线被直接吸收。尘埃云吸收X射线后再将其转换为红外线释放，只会让LRD显得更红，而不会检测到其它的强力X射线辐射。
甚至有人为这种模型取了一个更具戏剧性的名字，即“黑洞星（Black Hole Star）”！这是一种中心存在黑洞，外部被如同巨大恒星般高密度气体云包裹并孕育着黑洞的形态。此外，由于这是早期宇宙中的天体，气体尘埃云大部分由纯氢组成。因此，将其视为中心孕育着黑洞的巨大氢团、即真正蕴含黑洞的巨大恒星也未尝不可。
宇宙极其怪异。尤其是越往过去的宇宙回溯，就越显得怪异。我们曾认为宇宙是由普通的恒星和星系填满的世界，但它并非从一开始就是如此。或许在漫长的岁月流逝后，未来的文明会认为今天的宇宙反而显得怪异。现在的普通恒星和星系终有一天会全部消失，并被排挤出宇宙的主流。那时，我们完全无法想象的、形态怪异的天体将显露真身，占据宇宙的新主流，将今天的恒星和星系变成怪异的存在。到了那时，我们就会成为新的LRD。
参考
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）是谁？他热爱猫与宇宙。童年时因观看《银河铁道999》而萌生了宣传宇宙之美的梦想。目前作为世宗大学自由专业学部助教，同时从事讲座、写作等多种科学传播活动。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨宇宙中的科学家们》、《无法前往却可探知的宇宙》、《看到宇宙就会浮现的奇怪问题》等书，并翻译了《银河系漫游指南》、《我为何杀死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。