一项新近的理论研究提出,在宇宙黎明时期,原初黑洞(Primordial Black Holes, PBHs)可能在类星体(quasars)和射电星系(radio galaxies)的形成中扮演了关键的“种子”角色。这项由斯威本大学的杰里米·穆尔德(Jeremy Mould)和亚当·巴滕(Adam Batten)在2025年于arXiv上发布的理论,为理解宇宙早期最明亮的天体提供了新的视角。
该研究指出,原初黑洞的形成机制与我们目前所知的恒星级黑洞不同。它们并非源于大质量恒星的坍缩,而是被认为在宇宙大爆炸后的最初几千年里,由于早期宇宙辐射环境中微小的密度波动而形成,这些极端致密的区域可能直接坍缩成了黑洞。这种形成过程使得原初黑洞的质量范围极为广泛。
理论认为,这些原初黑洞凭借其强大的引力,能够吸引周围的气体和尘埃,从而逐渐成长为类星体中心的超大质量黑洞。类星体发出的光度随时间变化,其光度函数(quasar luminosity function, QLF)的观测数据与原初黑洞作为种子黑洞的理论预测相吻合。研究还指出,早期的小型星系可能为类星体提供了“燃料”,当这些星系被中心区域的超大质量黑洞吞噬时,类星体的亮度会随之衰减,这与QLF曲线显示的随着红移增加(即时间推移)类星体亮度可能降低的趋势一致。
詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)近期在宇宙早期观测到的“孤独的类星体”现象,为这一理论提供了支持。这些类星体存在于相对稀疏的空间区域,缺乏早期宇宙模型所预测的密集星系环境。原初黑洞作为种子黑洞的理论,能够很好地解释这些现象,因为PBHs本身就提供了引力中心,无需依赖周围密集星系的物质供给来快速成长。
此外,该理论还揭示了类星体与射电星系之间的联系。射电星系是发射出强烈射电信号的一类星系。研究表明,如果类星体起源于原初黑洞,那么在消耗完附近物质并“平静下来”后,它们有可能演变成射电星系。类星体和射电星系的光度函数在形态上存在相似之处,只是射电星系的整体幅度较低,但其预期寿命却比类星体长约十倍。
这项研究还为类星体的能源问题提供了一个潜在的解决方案,即原初黑洞在吞噬附近星系时,可能提供了类星体所需的光照能量。更进一步,该理论提出,随着对类星体亮度的理解加深,它们有可能被用作测量宇宙距离的标准烛光,这一角色目前主要由Ia型超新星担任。JWST的观测能力为验证或证伪这一原初黑洞理论提供了关键机会,如果未来的观测数据与该理论的预测相符,将为我们理解宇宙的演化和早期结构的形成提供革命性的洞见。