臺北市立天文科學教育館

宇宙中的超大質量黑洞究竟是如何誕生的，一直是天文學界最重要的未解之謎之一。韋伯太空望遠鏡（簡稱JWST）最近觀測到一個令人驚訝的天體Abell 2744-QSO1（簡稱QSO1），暱稱為「小紅點」（Little Red Dot）。研究結果顯示，這個存在於大爆炸後僅約7億年的天體，其核心黑洞可能比宿主星系還要更早形成，挑戰了過去認為黑洞與星系同步成長的觀點。

圖說：此張由韋伯太空望遠鏡拍攝的影像顯示，QSO1受到星系團Abell 2744的重力透鏡效應影響，影像被放大且同時成像於三個不同位置。影像來源：NASA/ESA/CSA/Lukas Furtak, Ben-Gurion University/Alyssa Pagan, STScI.

QSO1的直徑僅約1,300光年，遠比現今大多數星系小得多。不過，由於它的影像受到前景星系團Abell 2744的重力透鏡效應放大，天文學家不僅能更清楚地觀察它，還能看到它因重力透鏡效應呈現出的三個影像。研究推測，QSO1主要是一團由氫與氦組成的氣體雲，而中心則隱藏著一個達數千萬倍太陽質量的超大質量黑洞。然而，由於過去對早期宇宙黑洞質量的估算大多來自間接方法，因此這些結果始終存在不確定性。

為了進一步確認黑洞的真實質量，研究團隊利用韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀（NIRSpec），詳細測量黑洞周圍氫氣體的運動情況。發現這些氣體像太陽系行星繞著太陽公轉一樣，圍繞中心天體運行。研究人員量測氣體的旋轉速度進行推算後，首次直接獲得這個黑洞的質量約為太陽質量的5,000萬倍。更驚人的是，這顆黑洞至少佔了QSO1全部質量的三分之二，而在現今宇宙中，超大質量黑洞通常只占宿主星系總質量極小的一部分。

此外，研究團隊分析QSO1的化學組成後發現，整個系統幾乎只含有氫與氦等早期宇宙普遍存在的元素，氧等較重元素極為稀少，含量甚至不到太陽的0.5%。這代表在此星系中，恆星尚未大量誕生並製造出重元素，整體環境仍保留著極為原始的特徵。綜合各項觀測數據，研究人員認為這顆黑洞不太可能是由較小的恆星級黑洞，經過長時間吞噬物質與相互合併逐步成長而來，而更可能是在宇宙形成初期就直接形成，演化過程甚至可能與理論中的原初黑洞或巨型氣體雲直接塌縮形成黑洞有關。換句話說，QSO1或許呈現了一幅前所未見的景象：不是星系孕育了黑洞，而是黑洞率先誕生，並正在逐步建立屬於自己的星系。這項發現不僅為超大質量黑洞的起源提供重要線索，也可能改變我們對早期宇宙演化過程的理解。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Sci News