麻省理工学院（MIT）等机构的天文学家，在早期宇宙中发现了一个极其明亮的红色天体。该天体外形类似一颗巨型恒星，体积大小与整个太阳系相当，但其释放的能量却是目前已知任何恒星物理极限的1000亿倍。事实上，这种量级的能量输出更接近于黑洞所产生的能量。
这种奇特的组合表明，该红色天体可能是一种全新的天体物理源。天文学家将其命名为"黑洞星"。
相关论文已于今日发表在《自然》期刊上。研究团队利用美国航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）发现了这一天体，其位于宇宙极早期，距今约为大爆炸后数亿年。
科学家们得出结论，解释这个奇异红点最可能的方案是：它是黑洞与恒星的混合体——一种此前从未被观测到的组合。该天体很可能是一团极度致密的气体云，其能量来源并非标准的核聚变，而是来自内部的一个黑洞。
"我们对这个天体的认识正在迅速演变，"论文第一作者、MIT卡弗里天体物理与空间研究所（MKI）NASA哈勃研究员兼帕帕拉多研究员罗汉·奈杜说，"我们认为其中心存在一个质量约为太阳10万倍的黑洞。在这个黑洞周围，有一层延展的气体外壳，看起来就像一颗大小相当于太阳系的恒星，体积十分巨大。"
如果这个明亮红点确实是黑洞星，将有助于解开韦布望远镜迄今几乎每张深空图像中都出现的其他神秘"小红点"的身份之谜。
"这些小红点似乎在早期宇宙中无处不在，却在今天几乎完全消失，"奈杜说，"这些天体究竟是什么，一直是韦布时代争论最激烈的话题之一。"
该研究的MIT共同作者包括MKI主任、实验物理学布鲁诺·罗西教授罗伯特·辛科、学生温迪·孙，以及来自多家其他机构的合作者。
一个独特的天体
奈杜和同事们最初并非为了寻找黑洞星。他们当时正在进行一项名为"幻觉还是奇迹"（MoM）的巡天观测，目的是寻找最遥远、最早期的星系。团队借助JWST观测早期宇宙，那时宇宙年龄仅有数亿年，目标是找到真正诞生于那个时期的星系。
"一直以来有个谜题：为何在极早期的宇宙中会出现大量明亮星系，"奈杜说，"我们发现，某些情况下，那些看似极明亮早期星系的所谓'奇迹'，其实可能只是'幻觉'。"
在浏览JWST图像、寻找值得深入观测的目标时，他们注意到一个与众不同的特征：一个非常红、非常亮的光点。
"当我们在宇宙中看到非常红的天体时，通常会认为它被尘埃包裹，就像煤烟或灰烬一样，"辛科解释道，"就像来自加拿大的野火烟雾最近让波士顿的天空变成了鲜红色，天文天体透过一层尘埃的面纱看起来也会比其本色更红。"
然而，光线中的其他特征与物理学家对尘埃的预期并不完全吻合。团队还观测到另一个奇特规律：该点的光线极其明亮，但在某些特定波长以下，光线完全消失。这种光谱断崖式下降被称为"巴尔默跃变"——这是一种通常与密集气体在数亿年龄恒星大气层中吸收光子相关联的特征。夜空中最亮的星之一织女星，就呈现出完全相同的规律。
"我们在这个天体中观测到的跃变，是有史以来在任何天体中观测到的最深跃变，这排除了'普通'恒星作为其来源的可能性，"奈杜说，"但这让我们不禁思考，我们是否正在目睹一种新型'恒星大气'——只不过规模极为壮观。"
此外，这个红点的光线中几乎不含任何金属或氢、氦以外元素的特征。"它在太多方面都是独一无二的，"奈杜说。
纯净之光
为了解开红点光源之谜，团队对不同情境进行了模拟，以找出哪种天体物理特征组合能够产生这一红点独特的颜色。
"我们开始思考：能否只用氢气而不借助尘埃，产生如此之红的天体？"辛科说，"出乎意料的是，答案是肯定的——前提是你需要一层极其致密的氢气屏障，密度如此之大，以至于它看起来更像一颗巨型恒星的表面，而非稀薄的星际星云。"
模拟结果表明，红点可能是某种被极度致密氢气茧包裹的强大能量源。若果真如此，便可以解释那个阻挡光线的巴尔默跃变，以及天文学家观测到的除氢、氦之外无其他元素的现象。但这仍无法解释该天体极端的亮度。
"你面对的是一个看起来有点像恒星的东西，亮度却是普通恒星的1000亿倍，"奈杜说，"这意味着它的能量来源不可能是核聚变——核聚变是所有已知恒星内部能量的来源。"
然而，黑洞产生如此量级能量是常有的事。奈杜和同事在模拟这颗被氢气包裹的"类恒星"时，加入了一个处于活跃吸积状态的黑洞，并对黑洞质量及其他参数进行了调整，再将模拟出的"黑洞星"亮度与JWST实际观测到的红点亮度进行比对。
通过这些模拟，他们找到了最接近的匹配结果，并得出结论：解释这个红点最可能的方案，就是黑洞星。具体而言，该天体中心可能存在一个质量约为太阳10万倍的黑洞，其外围包裹着一层致密的类恒星氢气茧，大小与太阳系大致相当。
研究团队将该天体命名为"MoM-BH*-1"，以纪念发现它的那次巡天观测，同时也暗含"黑洞星之一"的意思，意味着这是同类天体中的第一个。研究人员推测，黑洞星可能是JWST图像中许多其他小红点的成因，尽管那些天体的亮度不及MoM-BH*-1。
"每一个小红点都与嵌入普通早期星系中的黑洞星模型相符，"奈杜说，"但MoM-BH*-1的特殊之处在于，这颗黑洞星的光芒几乎完全压过了周围的宿主星系，以至于我们所看到的，是纯粹的黑洞星光。"
本研究部分获得麻省理工学院物理系、NASA及空间望远镜科学研究所的资助。
Q&A
Q1：黑洞星是什么？它和普通恒星有什么区别？
A：黑洞星是天文学家新发现的一种天体，其核心是一个质量约为太阳10万倍的黑洞，外围包裹着一层极度致密的氢气，整体大小与太阳系相当。普通恒星的能量来自核聚变，而黑洞星的能量来自中心黑洞的吸积过程，其亮度是普通恒星物理上限的1000亿倍。这种组合此前从未被观测到，是一种全新的天体物理来源。
Q2：天文学家是怎么发现黑洞星MoM-BH*-1的？
A：研究团队在用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）开展"幻觉还是奇迹"（MoM）巡天观测时，意外发现了这一天体。他们在早期宇宙图像中注意到一个极红极亮的光点，随后通过分析其光谱特征（如巴尔默跃变和几乎不含金属的成分）以及多组天体物理模拟，确认这是一颗黑洞星。
Q3：JWST图像中的"小红点"都是黑洞星吗？
A：研究人员认为，JWST几乎每张深空图像中出现的"小红点"，在理论上都与黑洞星模型相符，即嵌入早期星系中的黑洞星。但MoM-BH*-1是其中最特殊的，因为它的黑洞星光芒完全压过了周围的宿主星系。其他小红点亮度不及MoM-BH*-1，还需进一步研究确认其具体性质。
