
宇宙中可能存在一种介于恒星外观和黑洞能源机制之间的特殊天体。
8 月 12 日,MIT 等机构组成的国际天文学团队在 Nature 发表研究,他们利用詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)观测到一个此前从未见过的天体物理源。
它看起来像一颗巨大的恒星,外围被极其致密的气体包裹,整体尺度可达数十个天文单位,与太阳系相当;但为整个系统提供能量的,是隐藏在中心、正在快速吸积物质的黑洞。
研究团队将这类天体称为“黑洞星”(black hole star),此次研究的对象被命名为“MoM-BH*-1”。
它位于红移约 7.76 的早期宇宙,其光在大爆炸约 6.6 亿年后发出,经过约 130 亿年才抵达今天的地球。
论文认为,MoM-BH*-1 很可能代表早期黑洞快速成长时的一种特殊阶段。
论文第一作者 Rohan Naidu 估计称,其中心黑洞质量约为太阳的 10 万倍,外围则存在一个太阳系尺度的巨大气体包层。
一颗由黑洞“点亮”的巨大恒星
有趣的是,起初研究团队并没有在寻找“黑洞星”。
他们原本正在进行一项名为“Mirage or Miracle”(海市蜃楼还是奇迹,简称 MoM)的 JWST 巡天项目,希望寻找宇宙中形成时间最早的一批星系。
在浏览 JWST 拍摄的深空图像时,一个异常明亮、颜色极红的小光点进入了他们的视野。
随后,研究人员利用 JWST 的 NIRSpec 近红外光谱仪对其进行了进一步分析。
图丨 JWST 拍摄的深空图像及局部放大图(来源:研究团队/MIT)
当天文学家看到红色的遥远天体时,通常会首先考虑尘埃,因为尘埃会吸收波长较短的光,使最终传到望远镜中的光整体偏红。
但 MoM-BH*-1 的光谱并不符合这种常见解释。
其中最显眼的特征,是一个异常强烈的“巴耳末断裂”(Balmer break)。
简单来说,当光穿过特定状态下的氢气时,某个波长附近的辐射会被大量吸收,于是光谱上会出现一道陡峭的“断崖”。
这种现象常见于恒星大气和恒星群,看起来似乎又把答案指向了恒星。
问题在于,MoM-BH*-1 的巴耳末断裂强得有些反常。
论文测得,其强度约为 7.7,而典型无尘埃恒星群理论上的上限约为 3;即便假定整个恒星群几乎都由具有强巴耳末断裂的 A 型恒星组成,也很难达到这一水平。
所以它也并不是恒星。
就在这个阶段,研究人员发现,它的光谱中还出现了宽阔的氢发射线和深度吸收线等特征,其中一些又指向正在活跃吸积物质的黑洞。
于是,一个更特殊的结构浮现出来:这个天体既需要有类似恒星大气的致密气体,又需要一个足够强大的黑洞作为能量来源。
进一步建模后,研究人员发现,这两个看似矛盾的特征可以由同一种结构解释:中心是一个正在吞噬物质的黑洞,外围则包裹着密度极高、剧烈运动且几乎没有尘埃的氢气。
模型给出的气体包层尺度约为 10—100 个天文单位;作为比较,地球到太阳的平均距离为 1 个天文单位。
这也是研究团队将其称为“黑洞星”的原因。
普通恒星依靠核心的核聚变供能,能量逐渐向外传递,最终从恒星表面释放;在黑洞星中,中央的“发动机”换成了吸积黑洞。
物质落向黑洞时释放出巨大的能量,产生的辐射又被外围致密气体反复吸收、散射和重新释放。
于是,从远处看,整个系统就像一颗巨大的恒星:黑洞负责提供能量,包裹在外的气体则扮演了类似恒星“光球层”的角色。
(来源:MIT)
这也解释了它惊人的亮度。
MIT 团队指出,其能量输出远远超出已知恒星依靠核聚变所能达到的范围,却符合活跃黑洞吸积物质时能够释放的能量尺度。
JWST 的“小红点”谜题,开始有了答案
值得一提的是,MoM-BH*-1 的发现还顺便帮忙解开了 JWST 升空后最著名的谜题:那些遍布早期宇宙的 Little Red Dots(小红点)究竟是什么?
2022 年 JWST 开始投入科学观测后,天文学家很快发现了大量此前没有见过的紧凑红色天体。
它们在望远镜照片中只是微小的红点,真实亮度却相当高,而且具有一种奇怪的时间分布:大约在大爆炸后 6 亿年开始大量出现,在约 15 亿年之后数量迅速下降,今天的宇宙中几乎找不到直接对应的天体。
(来源:NASA)
最初的解释主要集中在两类可能性:它们可能是充满尘埃、恒星形成极其活跃的年轻星系,也可能包含正在猛烈吸积物质的黑洞。
随着 JWST 光谱数据不断增加,后一种解释得到了越来越多支持。
NASA 在 2025 年公布的一项大样本研究中发现,约 70% 接受光谱观测的小红点存在高速运动气体等活动星系核特征。
2026 年 1 月发表在 Nature 的另一项研究进一步提出,其中许多天体可能是被致密电离气体包裹的年轻超大质量黑洞。
今年 6 月,JWST 又对一个名为 GLIMPSE-17775 的小红点获得了迄今最详细的光谱,识别出 40 多条谱线。
氢、氧、氦以及大量铁谱线共同指向一个被炽热致密气体包裹、快速吸积的黑洞,NASA 当时已将其称为支持“black hole star”模型的最强证据之一。
此次 MoM-BH*-1 提供了另一个关键证据:由于它太亮了,以至于中心黑洞及其气体包层几乎压过了周围宿主星系的光,研究者因此获得了一个相对“干净”的黑洞星光谱,可以更清楚地观察这套结构本身。
研究团队还发现,MoM-BH*-1 附近存在另一座更明亮的星系,两者可能在约 1 亿年后合并。
有意思的是,当研究人员把两者的光谱叠加起来,得到的整体特征与典型“小红点”高度相似。
由此他们提出一种可能:许多 Little Red Dots 其实是“黑洞星+年轻宿主星系”的组合,黑洞负责红外和可见光部分的主要辐射,年轻恒星则贡献较短波长的光。
黑洞究竟怎样在几亿年里长大?
除了揭秘“小红点”,黑洞星还为另一个长期困扰天文学家的问题提供了新的线索:早期宇宙中的超大质量黑洞,究竟是怎么在如此短的时间里长出来的?
天文学家已经在大爆炸后不到 7 亿年的宇宙中,发现了质量接近太阳 10 亿倍的黑洞。
按照常规的成长速度,短短几亿年很难达到这样的规模。
无论这些黑洞最初来自大质量恒星死亡后的残骸,还是由大质量气体云直接坍缩形成,都需要在早期经历一段非常快速的增长。
问题在于,黑洞吸积物质的速度本身受到限制。
黑洞吞噬得越快,吸积过程释放出的辐射就越强;当向外的辐射压力足以抵抗引力时,周围气体便难以继续落向黑洞。
这个临界状态被称为“爱丁顿极限”,可以理解为黑洞持续“进食”速度的一道天然上限。
MoM-BH*-1 展示出的致密气体包层,提供了一种可能突破这道限制的环境。
黑洞被极其致密的气体包裹后,大量辐射可能被困在内部,难以及时向外逃逸并推开正在落入的物质。
这样一来,黑洞就有机会进入“超爱丁顿吸积”状态,在一段时间内以超过常规上限的速度快速增加质量。
(来源:Arxiv)
论文认为,MoM-BH*-1 可能正在经历这样的高速成长,也可能刚刚结束一次超爱丁顿吸积,外围仍保留着此前包裹黑洞的致密气体。
换句话说,天文学家看到的,或许正是一个年轻黑洞快速长大的阶段。
目前还不能据此认定所有 Little Red Dots 都是黑洞星,也无法仅凭 MoM-BH*-1 确定超大质量黑洞的形成路线。
但它至少提供了一个此前缺少的观测样本:年轻黑洞可能在一个近乎恒星般的巨大气体包层中快速增长。
如果 JWST 看到的大量小红点都经历过类似阶段,那么“黑洞星”可能并非罕见异类,而是早期超大质量黑洞成长过程中相当普遍的一环。
参考链接:
1.https://www.nature.com/articles/s41586-026-10846-4
2.https://news.mit.edu/2026/astronomers-discover-brand-new-type-astrophysical-object-black-hole-star-0812
3.https://www.nature.com/articles/d41586-026-02290-1
4.https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/2305.09919
运营/排版:何晨龙
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回到【光学基础原理科普】的视角,【光谱仪】在这里的价值不是单纯「出一张光谱」,而是把波长分离、强度记录和偏振相位分析放进同一条光学链路里审视。
应力检测里为什么离不开偏振,正是本文要横评的方法边界。
产线上那块「装上去就像变了」的透镜 实际工况通常是这样:洁净间里温度控制在20℃上下,但装夹台、光源预热、手持镊子触碰都会给样品叠加临时应力。
待测件可能是紫外熔融石英窗口、注塑非球面、药用玻璃管或激光晶体,通光厚度从0.5mm到30mm不等,有效口径从几毫米到上百毫米。
判定阈值也不一致——普通照明件允许到20nm/cm,相机镜头降到10nm/cm,干涉与激光件常要求2nm/cm,深紫外光刻物镜甚至要