随着天文学技术的不断进步，人类对宇宙诞生和演化的认识日益深入。近日，NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，简称JWST）迎来了又一重大突破，天文学家们通过对宇宙深空数据的分析，首次发现了一种可能通过“直接坍缩”形成的超大质量黑洞的证据。这一黑洞被发现存在于一对年龄尚年轻的头对头碰撞的盘状星系构成的“无限星系”中，这一发现不仅挑战了传统黑洞形成的理论框架，也为解释早期宇宙中超大质量黑洞的快速形成提供了重要线索。 “无限星系”由耶鲁大学的天文学家Pieter van Dokkum和哥本哈根大学的Gabriel Brammer命名，因为该星系呈现出一对红色核团被环状星体包围、整体组成无限符号“∞”的奇异形态。通过詹姆斯·韦伯望远镜COSMOS-Web巡天项目收集的红外成像数据，研究团队观察到在两个核团之间的巨大气体云区域内存在一个活跃的超级大质量黑洞。该黑洞的质量约为百万太阳质量级别，却与之前大多数位于星系核中心的黑洞最大不同——它正好位于两个核团之间的广大氢气离子化区内。
黑洞成因的两个主流理论分别是“轻种子”理论和“重种子”理论。轻种子理论认为黑洞源自恒星坍缩后的小质量黑洞，这些黑洞通过逐渐合并最终演化为超大质量黑洞。然而这一过程速度缓慢，难以解释宇宙早期已有极大质量黑洞的观测事实。重种子理论则假设黑洞可直接由气体云在某些特殊物理条件下迅速坍缩形成，从而绕开漫长的合并阶段，便能在较短时间内形成庞大黑洞。不过气体通常倾向于在坍缩过程中形成恒星，抑制星形成条件的满足一直是理论验证的难点。此次“无限星系”中黑洞的发现，科学家认为极可能就是重种子理论的生动实证。
两颗旋涡星系撞击引发的猛烈气体碰撞与压缩，为气体云的高密度坍缩创造了理想环境，直接形成了中心的巨型黑洞。利用韦伯望远镜搭载的近红外摄像机（NIRCam）获得的图像显示，氢气被强烈电离形成的绿光弥漫于两核团之间，黑洞恰处于这片激烈活动的离子气体圈层中心。天文学家通过并行使用NASA钱德拉X射线天文台的X射线观测和美国甚大阵列（VLA）射电望远镜的射电信号，验证了黑洞正在活跃吸积物质，呈现出强烈的能量喷发。极其精确的空间对比显示射电中心与红外图像中的气体中心几乎重合，进一步印证黑洞的存在及其活跃状态。科学家们还排除了黑洞来源于第三个星系或穿越的游离黑洞的可能性。若是第三个星系的黑洞，必然伴随可见的星系光学信号或其他电磁探测痕迹，但实测未见。
若是游离黑洞，其运动速度必然与气体云存在巨大的速度差异，而目前观测的黑洞速度正好处于气体环的速度范围内，表明黑洞与周围气体具备共生的动态关系。令人惊讶的是，“无限星系”的两颗核心星系核也都各自拥有活跃超大质量黑洞，整个系统不会是简单的双星系合体，而是一个复杂含有三颗活跃黑洞的独特系统，这种现象为研究星系及黑洞互相作用提供了极富价值的“实验室”。这项由Pieter van Dokkum率领的研究不仅依赖韦伯望远镜的多波段成像，更结合了射电和X射线多模式观测，为研究者提供了全方位证据链，提升了对黑洞形成机理的理解和可信度。宇宙中超大质量黑洞的诞生一直是现代天文学面临的重大谜团之一。通过“直接坍缩”形成黑洞不仅为解释早期宇宙中大量高质量黑洞的快速出现提供了理论依据，还可能关联早期星系的演化，影响星际介质的动态以及宇宙大尺度结构的形成。研究人员表示，虽然目前观测和数据分析已提供大量支持，但要最终证明“直接坍缩”黑洞的存在仍需更深入的后续观测和更精细的理论模拟。
未来，韦伯望远镜计划继续针对该系统实施导演酌情观测，并结合更多波段和时间域的数据分析，以期明确黑洞的形成过程和动力学参数。此外，这一发现也将引领科学界思考如何在更广泛的宇宙环境中寻找类似的“直接坍缩”黑洞，帮助揭示宇宙中黑洞种子形成和增长的多样化路径。专家指出，此类突破得益于跨国科研团队的紧密协作与先进观测设备的支撑，也展现了未来天文学研究越来越多利用多波段、多信号手段开展联合探测的趋势。整体来看，NASA韦伯望远镜为探索黑洞起源提供了前所未有的机会，使得这一挑战长期认知的课题迎来转折点。“无限星系”中的“直接坍缩”黑洞或将成为人类理解宇宙结构形成的珍贵钥匙，开启天体物理学新纪元。随着观测技术提升和理论不断完善，探索宇宙黑洞的奥秘将不断刷新人类对宇宙生命与发展的认知边界。
NASA及其合作机构也正积极推动相关科学成果的广泛应用和传播，助力全球科普和教育事业，激励更多青年投身基础科学研究。未来，借助韦伯望远镜和配套观测设施，科学家期待揭开更多宇宙“黑洞之谜”，让人类能够站在宇宙最前沿，持续见证天地间的奇迹和秘密。
