麻省理工學院（MIT）等機構的天文學家，在早期宇宙中發現了一個極其明亮的紅色天體。該天體外形類似一顆巨型恆星，體積大小與整個太陽系相當，但其釋放的能量卻是目前已知任何恆星物理極限的1000億倍。事實上，這種量級的能量輸出更接近於黑洞所產生的能量。
這種奇特的組合表明，該紅色天體可能是一種全新的天體物理源。天文學家將其命名為"黑洞星
"。
相關論文已於今日發表在《自然》期刊上。研究團隊利用美國航空航天局（NASA）的詹姆士·韋布空間望遠鏡（JWST）發現了這一天體，其位於宇宙極早期，距今約為大爆炸後數億年。
科學家們得出結論，解釋這個奇異紅點最可能的方案是：它是黑洞與恆星的混合體——一種此前從未被觀測到的組合。該天體很可能是一團極度緻密的氣體雲，其能量來源並非標準的核聚變，而是來自內部的一個黑洞。
"我們對這個天體的認識正在迅速演變，"論文第一作者、MIT卡弗里天體物理與空間研究所（MKI）NASA哈勃研究員兼帕帕拉多研究員羅漢·奈杜說，"我們認為其中心存在一個質量約為太陽10萬倍的黑洞。在這個黑洞周圍，有一層延展的氣體外殼，看起來就像一顆大小相當於太陽系的恆星，體積十分巨大。"
如果這個明亮紅點確實是黑洞星，將有助於解開韋布望遠鏡迄今幾乎每張深空圖像中都出現的其他神秘"小紅點"的身份之謎。
"這些小紅點似乎在早期宇宙中無處不在，卻在今天幾乎完全消失，"奈杜說，"這些天體究竟是什麼，一直是韋布時代爭論最激烈的話題之一。"
該研究的MIT共同作者包括MKI主任、實驗物理學布魯諾·羅西教授勞勃·辛科、學生溫迪·孫，以及來自多家其他機構的合作者。
一個獨特的天體
奈杜和同事們最初並非為了尋找黑洞星。他們當時正在進行一項名為"幻覺還是奇蹟"（MoM）的巡天觀測，目的是尋找最遙遠、最早期的星系。團隊藉助JWST觀測早期宇宙，那時宇宙年齡僅有數億年，目標是找到真正誕生於那個時期的星系。
"一直以來有個謎題：為何在極早期的宇宙中會出現大量明亮星系，"奈杜說，"我們發現，某些情況下，那些看似極明亮早期星系的所謂'奇蹟'，其實可能只是'幻覺'。"
在瀏覽JWST圖像、尋找值得深入觀測的目標時，他們注意到一個與眾不同的特徵：一個非常紅、非常亮的光點。
"當我們在宇宙中看到非常紅的天體時，通常會認為它被塵埃包裹，就像煤煙或灰燼一樣，"辛科解釋道，"就像來自加拿大的野火煙霧最近讓波士頓的天空變成了鮮紅色，天文天體透過一層塵埃的面紗看起來也會比其本色更紅。"
然而，光線中的其他特徵與物理學家對塵埃的預期並不完全吻合。團隊還觀測到另一個奇特規律：該點的光線極其明亮，但在某些特定波長以下，光線完全消失。這種光譜斷崖式下降被稱為"巴爾默躍變"——這是一種通常與密集氣體在數億年齡恆星大氣層中吸收光子相關聯的特徵。夜空中最亮的星之一織女星，就呈現出完全相同的規律。
"我們在這個天體中觀測到的躍變，是有史以來在任何天體中觀測到的最深躍變，這排除了'普通'恆星作為其來源的可能性，"奈杜說，"但這讓我們不禁思考，我們是否正在目睹一種新型'恆星大氣'——只不過規模極為壯觀。"
此外，這個紅點的光線中幾乎不含任何金屬或氫、氦以外元素的特徵。"它在太多方面都是獨一無二的，"奈杜說。
純淨之光
為了解開紅點光源之謎，團隊對不同情境進行了模擬，以找出哪種天體物理特徵組合能夠產生這一紅點獨特的顏色。
"我們開始思考：能否只用氫氣而不藉助塵埃，產生如此之紅的天體？"辛科說，"出乎意料的是，答案是肯定的——前提是你需要一層極其緻密的氫氣屏障，密度如此之大，以至於它看起來更像一顆巨型恆星的表面，而非稀薄的星際星雲。"
模擬結果表明，紅點可能是某種被極度緻密氫氣繭包裹的強大能量源。若果真如此，便可以解釋那個阻擋光線的巴爾默躍變，以及天文學家觀測到的除氫、氦之外無其他元素的現象。但這仍無法解釋該天體極端的亮度。
"你面對的是一個看起來有點像恆星的東西，亮度卻是普通恆星的1000億倍，"奈杜說，"這意味著它的能量來源不可能是核聚變——核聚變是所有已知恆星內部能量的來源。"
然而，黑洞產生如此量級能量是常有的事。奈杜和同事在模擬這顆被氫氣包裹的"類恆星"時，加入了一個處於活躍吸積狀態的黑洞，並對黑洞質量及其他參數進行了調整，再將模擬出的"黑洞星"亮度與JWST實際觀測到的紅點亮度進行比對。
通過這些模擬，他們找到了最接近的匹配結果，並得出結論：解釋這個紅點最可能的方案，就是黑洞星。具體而言，該天體中心可能存在一個質量約為太陽10萬倍的黑洞，其外圍包裹著一層緻密的類恆星氫氣繭，大小與太陽系大致相當。
研究團隊將該天體命名為"MoM-BH*-1"，以紀念發現它的那次巡天觀測，同時也暗含"黑洞星之一"的意思，意味著這是同類天體中的第一個。研究人員推測，黑洞星可能是JWST圖像中許多其他小紅點的成因，儘管那些天體的亮度不及MoM-BH*-1。
"每一個小紅點都與嵌入普通早期星系中的黑洞星模型相符，"奈杜說，"但MoM-BH*-1的特殊之處在於，這顆黑洞星的光芒幾乎完全壓過了周圍的宿主星系，以至於我們所看到的，是純粹的黑洞星光。"
本研究部分獲得麻省理工學院物理系、NASA及空間望遠鏡科學研究所的資助。
Q&A
Q1：黑洞星是什麼？它和普通恆星有什麼區別？
A：黑洞星是天文學家新發現的一種天體，其核心是一個質量約為太陽10萬倍的黑洞，外圍包裹著一層極度緻密的氫氣，整體大小與太陽系相當。普通恆星的能量來自核聚變，而黑洞星的能量來自中心黑洞的吸積過程，其亮度是普通恆星物理上限的1000億倍。這種組合此前從未被觀測到，是一種全新的天體物理來源。
Q2：天文學家是怎麼發現黑洞星MoM-BH*-1的？
A：研究團隊在用詹姆士·韋布空間望遠鏡（JWST）開展"幻覺還是奇蹟"（MoM）巡天觀測時，意外發現了這一天體。他們在早期宇宙圖像中注意到一個極紅極亮的光點，隨後通過分析其光譜特徵（如巴爾默躍變和幾乎不含金屬的成分）以及多組天體物理模擬，確認這是一顆黑洞星。
Q3：JWST圖像中的"小紅點"都是黑洞星嗎？
A：研究人員認為，JWST幾乎每張深空圖像中出現的"小紅點"，在理論上都與黑洞星模型相符，即嵌入早期星系中的黑洞星。但MoM-BH*-1是其中最特殊的，因為它的黑洞星光芒完全壓過了周圍的宿主星系。其他小紅點亮度不及MoM-BH*-1，還需進一步研究確認其具體性質。
