天文学家发现了一种潜伏在遥远宇宙中的黑洞的证据。这个天体被称为"超大黑洞"，它可以帮助解释一些基本的宇宙奥秘，包括超大质量天体是如何形成的。我们所知的黑洞通常分为两类：一类是恒星质量黑洞，顾名思义，其质量相当于几颗恒星。它们在大型恒星死于超新星时形成。另一端是超大质量黑洞，其质量相当于数百万甚至数十亿颗恒星。它们存在于许多星系的中心，包括我们自己的星系。

长期以来，人们一直认为超大质量黑洞是由恒星质量黑洞经过数十亿年吞噬物质而形成的。最近对中等质量黑洞的观测似乎为这一假设提供了支持，这些黑洞是处于质量范围中间的罕见天体。

但随着天文学家在更远的时空中窥探，他们发现越来越多的迹象表明，事情并没有那么简单。2017年，人们在太空的一个遥远角落发现了一个质量为8亿个太阳的黑洞，这意味着它在宇宙大爆炸后的几亿年里就长到了这么大--根据我们的模型，这种增长速度应该是不可能的。而且它远非孤例，在此之后还发现了 100 多颗当代巨星。

天文学家利用美国国家航空航天局的钱德拉望远镜和韦伯望远镜发现了一个古老的大质量黑洞，为宇宙中第一批超大质量黑洞的起源提供了线索，并对以前关于它们成长的理论提出了挑战。资料来源：X射线： NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán；红外线： NASA/ESA/CSA/STSCI；图像处理： NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand

插图： 大量气体云直接塌缩形成重型种子黑洞。资料来源：NASA/STSCI/Leah Hustak

一种可能的解释是，有些黑洞可能是通过其他方法形成的，这使得它们的起始质量比普通的超新星更大。这种假设认为，如果大量气体云坍缩，它们可能会形成质量约在1万到10万个太阳之间的黑洞。

这项研究的合著者安迪-古尔丁（Andy Goulding）说："黑洞一旦形成，其增长速度就会受到物理限制，但那些天生质量较大的黑洞却拥有先机。这就像种植一棵树苗，它长成参天大树所需的时间比你从一粒种子开始种植所需的时间要短。"

现在，天文学家声称他们首次发现了这种天体的证据，他们称之为"Outsize Black Hole"。它位于一个名为 UHZ1 的星系中，距离地球 132 亿光年--这也意味着我们看到的是它 132 亿年前的样子，也就是宇宙大爆炸后不到 5 亿年的样子。

包含 UHZ1 星系和首次潜在探测到的超大黑洞的空间区域的组合图像。紫色区域是钱德拉收集的 X 射线数据，红色、绿色和蓝色部分来自詹姆斯-韦伯 X 射线： NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán；红外线： NASA/ESA/CSA/STSCI；图像处理： NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand

要在如此遥远的地方找到这个天体，需要钱德拉 X 射线天文台和詹姆斯-韦伯太空望远镜的联合力量，并借助一种叫做引力透镜的放大效应。一个前景星系团放大了来自 UHZ1 的微弱光线，使得两台望远镜能够捕捉到它。

根据黑洞发出的X射线的亮度和能量，天文学家估计它的质量在1000万到1亿个太阳之间。这意味着它的质量和它的母星系中所有恒星的质量加在一起差不多，这个比例远远高于在更现代的星系中发现的超大质量黑洞。这些观测到的特征与"超大黑洞"的理论预测相吻合。

"我们认为这是首次探测到'超大黑洞'，也是迄今为止获得的最好证据，证明一些黑洞是由大质量气体云形成的，"这项研究的合著者普里亚姆瓦达-纳塔拉詹说。"我们第一次看到超大质量黑洞在落后之前的一个短暂阶段，其重量与星系中恒星的重量差不多"。

其他研究认为，这些早期巨星可能是由原始超大质量恒星变成超新星，甚至是自相互作用暗物质的坍缩形成的。当然，也有可能是多种机制在起作用，但只有进一步的观测才能帮助天文学家找出答案。

这项研究的两篇论文分别发表在《自然-天文学》和《天体物理学杂志通讯》上。