并非由恒星坍缩形成的黑洞 

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在早期宇宙（大爆炸后约700亿年）观测到的“小红点”（LRD）Abell 2744-QSO1中的黑洞是一个超大质量黑洞，它在没有更大星系的物质供给下成长到目前的规模。根据标准的恒星演化模型，黑洞是由较大的恒星在其生命末期因核心坍缩耗尽燃料而死亡形成的。这些黑洞通过吞噬来自更大星系的物质而不断壮大。“小红点”QSO1中的黑洞并不符合这一理论，它是一种全新的黑洞。它直接形成，没有经历标准的恒星演化过程，也就是说，它并非恒星演化的遗迹。 它并非由一颗垂死大恒星的核心坍缩形成，而是直接坍缩黑洞（DCBH）或原初黑洞（PBH）。此前已有关于非恒星坍缩形成的黑洞的理论。这表明，黑洞的形成过程超越了标准理论的范畴。 恒星演化.  

黑洞是如何形成的？根据恒星演化的标准模型，黑洞是大质量恒星演化的最终产物。恒星会随着时间的推移而发生变化。 

恒星的生命始于星系中巨大的星际气体和尘埃云，由于低温和高密度区域，气体聚集在一起。这些团块逐渐吸收越来越多的物质并不断增长。在某个时刻，由于引力向内作用力的增强，团块发生坍缩。坍缩过程中的摩擦使物质升温，一颗新生恒星由此诞生。这就是恒星生命周期中的原恒星阶段。引力坍缩持续进行，导致原恒星核心的温度和压力逐渐升高。最终，温度和压力达到足以引发氢核聚变的程度。核聚变释放出巨大的能量，使物质温度升高到足以阻止引力进一步坍缩的程度。这就是恒星的“主序星阶段”。氢是恒星的主要燃料。 

当燃料耗尽时，核聚变停止，没有能量来加热物质以平衡向内的引力，核心坍缩，留下一个致密的残骸。这就是恒星的终结。这颗死亡的恒星或致密残骸要么是白矮星，要么是中子星，或者其他什么。 黑洞 这取决于原始恒星的质量。质量大于20个太阳质量（>20 M⦿）的恒星在演化末期燃料耗尽时会变成黑洞。这是通常的演化过程——恒星和星系先形成，黑洞随后作为恒星演化的最终阶段形成。这类黑洞的质量远小于星系的整体质量。 

黑洞的非恒星形成

黑洞除了恒星核心坍缩之外，还能通过其他方式形成吗？目前已经提出了两种“非恒星”黑洞形成途径。 

在早期宇宙中，巨大的原始气体云可能直接坍缩成黑洞，绕过正常的恒星形成和演化过程，从而产生我们所说的直接坍缩黑洞（DCBH）。另一种假想的、不经过标准恒星演化过程直接形成的黑洞是原始黑洞（PBH）。PBH是大爆炸的遗迹，形成于大爆炸后不久早期宇宙极端密度波动的环境中。 

通过“非恒星”途径形成的黑洞目前仅存在于理论中，因此它们只是假设性的。但随着2021年12月詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的发射，情况开始迅速改变。JWST是一台致力于研究早期宇宙的红外空间天文台。

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）彻底改变了对早期宇宙的研究 

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的多项观测结果挑战了我们对早期宇宙的认知。其中一项观测是观测到红移为14.32的JADES-GS-z14-0星系，使其成为已知最遥远的星系。该星系形成于大爆炸后约2.9亿年的早期宇宙中，但它却是一个巨大、质量极高且亮度极高的星系。观测还发现它富含金属，这意味着在早期宇宙中，大约2.9亿年前，几代大质量恒星已经完成了从诞生到超新星爆发的整个生命周期。同样，早期宇宙星系GS-NDG-9422形成于大爆炸后约10亿年，观测发现其化学成分复杂，且不含第三星族恒星。根据目前的认知，早期宇宙的第一代恒星应该是金属丰度为零的第三星族恒星。 （在天文学中，任何比氦重的元素都被认为是金属。像氧、氮等化学上的非金属元素，在宇宙学意义上也是金属。恒星在超新星爆发后，每一代都会获得金属元素的富集。） 

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）也观测到了早期宇宙中的超大质量黑洞。其中一个黑洞形成于大爆炸后约700亿年，质量约为太阳的数百万倍。这一切都始于JWST在2022年首次发布的数据中观测到的“小红点”（LRD）。这些红色致密天体具有V形光谱，并显示出高速氢气的辐射。 

小红点 QSO1（或 Abell2744-QSO1） 

QSO1（或称Abell2744-QSO1）是一个典型的“小红点”，直径约1,300光年，距离地球超过13亿光年。它存在于宇宙早期，大爆炸后仅700亿年。由于受到星系团Abell 2744（潘多拉星系团）的引力透镜效应，它被放大并呈现三重像，在天空中出现在三个不同的位置。因此，与其他大多数“小红点”相比，QSO1更容易研究。 

对这个小红点（LRD）的详细研究使研究人员得出结论：一些超大质量黑洞从一开始就非常巨大。它们的形成没有经历恒星坍缩阶段，也没有质量明显更大的宿主星系来为其提供物质。 

QSO 代表准恒星天体（通常称为类星体）。 

初步研究表明，QSO1 不仅仅是一团围绕着一个质量约为太阳40万倍的超大质量黑洞旋转的发光氢氦气体云。然而，它的质量是否真的如此之大，一直存在疑问。这是因为在此之前，所有对早期宇宙黑洞质量的测量都是间接的，基于我们对局部宇宙黑洞的了解而做出的假设。我们并不知道这些假设是否真的适用于早期宇宙。 

研究人员意识到，如果QSO1的黑洞质量真的那么大，他们应该能够利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的积分场单元（IFU）来追踪其引力对周围气体的影响，同时绘制气体中各种元素的分布图。因此，他们利用IFU的观测数据绘制了黑洞周围氢气的运动图。 

旋转速度随距中心距离变化的曲线图显示，气体具有开普勒运动，这意味着小红点类星体1的大部分质量都集中在中心的黑洞中。如果质量分布均匀，气体就不会像太阳系中的行星绕太阳运行那样，以完美的开普勒方式围绕中心点运行。 

鉴于开普勒运动受万有引力定律支配，气体速度的测量使得研究人员能够直接计算出黑洞的质量。这是首次直接测量早期宇宙黑洞的质量。研究发现，QSO1中的黑洞质量约为50万个太阳质量。此外，该黑洞的质量占QSO1总质量的三分之二。这种情况极为罕见，因为附近星系中的超大质量黑洞通常只占宿主星系总质量的一小部分。

此外，对IFU成分图的分析表明，QSO1内部的气体几乎完全由氢和氦组成。一个富含恒星和恒星碎片的星系应该含有氧等较重的元素，但QSO1的金属丰度极低，不到太阳的0.5%，这意味着QSO1拥有非常原始的星系环境。

相对于其宿主星系而言，QSO1 的巨大质量表明它并非由较小的恒星级黑洞逐渐合并和吞噬而形成。显然，小红点 QSO1 中的黑洞早于恒星演化过程。它可能由大爆炸后最初一秒内形成的大质量种子（原始黑洞）演化而来，也可能稍晚一些由巨型气体云坍缩而成（直接坍缩黑洞），并且可能正处于围绕其形成星系的早期阶段。目前尚无法确定小红点 QSO1 中的超大质量黑洞是原始黑洞 (PBH) 还是直接坍缩黑洞 (DCBH)；然而，已有证据表明早期宇宙中存在非恒星性黑洞形成过程。

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参考文献： 

1. Maiolino R.， 等 2026年。大爆炸后7亿年，近乎原始星系中的黑洞。《皇家天文学会月刊》，第548卷，第1期，2026年5月，staf2109。发表于2026年4月6日。DOI： https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. 等人。高红移小红点中黑洞质量的直接测量。《自然》653, 1017–1021 (2026)。2026 年 5 月 27 日发表。DOI： https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. NASA的韦伯望远镜揭示了在其星系形成之前就已经存在的黑洞。发布于2026年5月27日。可访问[此处插入链接]。 https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

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