詹姆斯·韦伯望远镜发现了一颗与太阳系大小相当的“黑洞星”

天文学家发现了一种可能完全新型的天体：一种“黑洞星”，它将一个大质量黑洞与一个类似恒星的巨大气体包层结合在一起。 该天体被命名为MoM-BH*-1，由美国宇航局（NASA）的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）在大爆炸后仅数亿年的早期宇宙中发现。

该天体呈现为一个极其明亮的红色光点，大小约与我们的太阳系相当。然而，其能量输出估计比任何普通恒星高出1000亿倍，这使得传统的核聚变不可能成为其能量来源。相反，研究人员认为该天体的能量来源于一个位于中心、被巨大而致密的氢气云所包围的黑洞。

“我们认为，其中心存在一个质量为太阳10万倍的黑洞，”论文第一作者罗汉·奈杜（Rohan Naidu）表示。他是美国宇航局哈勃学者，同时也是麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的帕帕拉多学者。 该黑洞周围环绕着一个范围大致与太阳系相当的扩展气体包层，这使得该天体呈现出类似恒星的外观。

这一发现是“幻影”或“奇迹”（MoM）巡天项目的一部分，该项目旨在通过分析詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的观测数据，寻找宇宙中最早期的星系。 研究人员注意到，其中一个特别明亮的天体因其强烈的红色而显得不同寻常。

在深空图像中，红色天体通常被认为周围环绕着尘埃，这会改变其光线的表观颜色。然而，MoM-BH*-1还表现出许多其他不同寻常的特征。 其光谱中呈现出异常深邃的巴耳末断裂——这是一种与恒星大气中致密气体吸收光子相关的光谱特征。此外，该天体几乎未显示出比氢和氦更重的元素的迹象。

随后，研究人员对各种可能的结构进行了模拟，以探究何种机制能产生该天体独特的光谱和亮度。 他们发现，极致密的水素包层虽能解释这些异常的光谱特征，却无法解释其所释放的惊人能量。

黑洞最终被证实是这一谜题的关键。通过在模型中加入一个处于活跃吸积状态的黑洞，并调整其质量及其他参数，研究人员找到了一种与JWST观测结果高度吻合的配置。 模拟结果表明，MoM-BH*-1中包含一个质量约为太阳10万倍的黑洞，周围环绕着一个大小与太阳系相当的致密氢气包层。

这一假想天体与普通恒星和传统黑洞在根本上有所不同。在普通恒星中，核聚变提供能量，而周围的气体则构成恒星本体。而在黑洞星中，吸积中的黑洞充当能量来源，而周围的致密气体则形成类似恒星的外层包层。 麻省理工学院材料中附带的插图对比了这三种结构，显示黑洞星的外层包层延伸至大约太阳系规模。

这一发现还有助于解释詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）揭示的最大谜团之一：在早期宇宙观测中出现的众多“小红点”。这些天体在JWST图像中极为常见，但在现代宇宙中似乎已基本消失。

研究人员推测，这些“小红点”中的许多实际上可能是嵌入早期星系中的黑洞星。MoM-BH*-1之所以显得不同寻常，是因为它极其明亮，其光度甚至盖过了宿主星系，这使得天文学家能够观测到研究团队所描述的几乎纯粹的黑洞星光。

这项题为《宇宙黎明时期一个被气体包裹且因气体而变红的黑洞》的研究发表在《自然》杂志上。如果这一解释能通过进一步观测得到证实，黑洞星或许能为质量巨大的黑洞在早期宇宙中的形成与演化提供一种新的解释。