天文學(xué)家近日確認(rèn)了一個(gè)罕見的銀河系系統(tǒng)，這一發(fā)現(xiàn)或成為迄今為止關(guān)于極端條件下超大質(zhì)量黑洞形成機(jī)制的最有力證據(jù)。該天體被昵稱為“無限（Infinity）”銀河，由耶魯大學(xué)的Pieter van Dokkum與哥本哈根大學(xué)的Gabriel Brammer通過分析美國國家航空航天局（NASA）韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）存檔數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)。

該銀河位于紅移z=1.14，距離地球超過80億光年。紅移是天文學(xué)中用于測(cè)量星體距離、速度及宇宙膨脹現(xiàn)象的一種現(xiàn)象——當(dāng)光線被拉伸至更長(zhǎng)波長(zhǎng)時(shí)便會(huì)出現(xiàn)紅移。

JWST拍攝顯示，這一系統(tǒng)擁有兩個(gè)致密銀河核，每個(gè)核的恒星質(zhì)量約為太陽的1011倍，二者間相距約10千秒差距。兩核都被恒星環(huán)或殼包圍，形成類似“8”字形的結(jié)構(gòu)，與無限符號(hào)形態(tài)相似。這一形態(tài)也與附近的II Hz 4系統(tǒng)頗為近似，后者則由兩盤狀銀河正面碰撞形成碰撞環(huán)。

通過凱克天文臺(tái)、甚大陣列（VLA）和NASA的錢德拉X射線天文臺(tái)后續(xù)觀測(cè)，科學(xué)家們確認(rèn)了一個(gè)正處于活躍吸積狀態(tài)的超大質(zhì)量黑洞的存在。值得注意的是，這一黑洞既不位于任何一個(gè)核的內(nèi)側(cè)，而是在二者之間的位置和速度上處于中間。該黑洞在射電與X射線波段表現(xiàn)出類似類星體的高光度，顯示出其迅速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

JWST近紅外相機(jī)（NIRCam）在F150W濾鏡下探測(cè)到額外的發(fā)射，顯示該黑洞嵌于強(qiáng)烈Hα譜線發(fā)出的氫氣體中。該發(fā)射等效寬度達(dá)400至2000埃，指示出極度電離、劇烈湍動(dòng)的環(huán)境。這部分氣體包圍整個(gè)系統(tǒng)，在碰撞區(qū)呈現(xiàn)出如“子彈星系團(tuán)”般的沖擊與壓縮特征。

此外，兩顆銀河核本身也擁有活躍的超大質(zhì)量黑洞，總計(jì)使該系統(tǒng)成為“三黑洞”結(jié)構(gòu)。但中央黑洞似乎是在碰撞氣體中原地形成，而并非由兩銀河中的任何一個(gè)攜帶進(jìn)入。研究人員推測(cè)，這一現(xiàn)象或是直接塌縮（direct collapse）的實(shí)例，即巨大氣體云在重力作用下直接塌縮為黑洞，無需先分裂成恒星。

這一發(fā)現(xiàn)也為早期黑洞成因理論爭(zhēng)論提供了新線索。傳統(tǒng)的“輕種子”理論認(rèn)為黑洞始于恒星遺骸，通過合并不斷變大，但難以解釋JWST在宇宙早期觀測(cè)到的十億太陽質(zhì)量黑洞的迅速誕生。而“重種子”理論則假設(shè)黑洞由氣體云直接塌縮而成，這條路徑更為快捷，但此前缺乏觀測(cè)支持?！盁o限”銀河的結(jié)構(gòu)、氣體分布與中央黑洞都為直接塌縮理論提供了有力證據(jù)。

后續(xù)需要更多模擬和JWST光譜觀測(cè)來驗(yàn)證是否真的發(fā)生了直接塌縮。如果得到確認(rèn)，“無限”銀河將成為該過程的首個(gè)直接觀測(cè)證據(jù)，為早期超大質(zhì)量黑洞的迅速形成提供了新的解釋。

“……我們認(rèn)為正親眼見證一顆超大質(zhì)量黑洞的誕生，這是前所未有的，”van Dokkum表示。

目前，“無限”銀河作為罕見而復(fù)雜的系統(tǒng)存在：兩顆質(zhì)量巨大的銀河正碰撞，三顆活躍黑洞共現(xiàn)，其中中央黑洞或正處于誕生的關(guān)鍵時(shí)刻。