詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)本意是窥探宇宙最早时期,那时第一批恒星正忙着电离氢原子,干点正经事。结果它发现了一堆“小红点”——经过一番学术争吵后,这些原来是早期的超大质量黑洞。现在,引力透镜效应揭示,其中一个红点,Abell 2744−QSO1,基本上是个黑洞,没什么星系可依附。
QSO1由于前景星系团的引力透镜效应,呈现为三个像,我们看到的是它在大爆炸后仅7亿年的样子。先前的研究注意到,这三个像在细节上有所不同,表明黑洞在吞噬不同数量的物质时,其辐射随时间变化。它的光度暗示黑洞质量超过1000万个太阳,而上个月的光谱分析显示主要是氢——意味着它周围形成的恒星极少。
大问题是,在现代宇宙中校准的黑洞质量与光度之间的关系,是否适用于这些古老天体。一个大型国际团队利用透镜放大效应,构建了QSO1环境的详细图像,通过红移和蓝移的氢测量光辐射和气体速度。他们的模型一致倾向于一个巨大的中心点源,带有旋转物质,而不是像银河系那样的星团。黑洞质量约为5000万个太阳质量,与早期估计一致,表明光度-质量关系在130亿年间没有变化。
至于恒星,几乎不存在。恒星质量上限为2000万个太阳质量——不到黑洞质量的一半。QSO1超过三分之二的质量在黑洞中,使其成为“有史以来最‘裸露’的大质量黑洞”,团队称。论文接着思考这个黑洞如何如此快速地变得如此巨大。存在三种理论:大爆炸产生的原初黑洞、跳过恒星形成的气体云直接坍缩、或者致密星团中黑洞的失控合并。缺乏恒星排除了第三种可能。剩下的两种纯属理论,直接坍缩需要比观测到的更多的紫外辐射和质量,可能更倾向于原初黑洞,它们在7亿年间通过合并增长了十倍。
所有这些构成了一场有趣的讨论,但将悬而未决,直到我们发现更多裸露的超大质量黑洞。当然会这样。