天文學家發現了一種潛伏在遙遠宇宙中的黑洞的證據。這個天體被稱為”超大黑洞”，它可以幫助解釋一些基本的宇宙奧秘，包括超大質量天體是如何形成的。我們所知的黑洞通常分為兩類：一類是恆星質量黑洞，顧名思義，其質量相當於幾顆恆星。它們在大型恆星死於超新星時形成。另一端是超大質量黑洞，其質量相當於數百萬甚至數十億顆恆星。它們存在於許多星系的中心，包括我們自己的星系。

長期以來，人們一直認為超大質量黑洞是由恆星質量黑洞經過數十億年吞噬物質而形成的。最近對中等質量黑洞的觀測似乎為此假設提供了支持，這些黑洞是處於質量範圍中間的罕見天體。

但隨著天文學家在更遠的時空中窺探，他們發現越來越多的跡象表明，事情並沒有那麼簡單。2017年，人們在太空的一個遙遠角落發現了一個質量為8億個太陽的黑洞，這意味著它在宇宙大爆炸後的幾億年裡就長到了這麼大–根據我們的模型，這種成長速度應該是不可能的。而且它遠非孤例，在此之後還發現了100 多顆當代巨星。

一種可能的解釋是，有些黑洞可能是透過其他方法形成的，這使得它們的起始質量比普通的超新星更大。這種假設認為，如果大量氣體雲坍縮，它們可能會形成質量約1萬到10萬個太陽之間的黑洞。

這項研究的合著者安迪-古爾丁（Andy Goulding）說：”黑洞一旦形成，其增長速度就會受到物理限制，但那些天生質量較大的黑洞卻擁有先機。這就像種植一棵樹苗，它長成參天大樹所需的時間比你從一粒種子開始種植所需的時間要短。”

現在，天文學家聲稱他們首次發現了這種天體的證據，他們稱之為”Outsize Black Hole”。它位於一個名為UHZ1 的星系中，距離地球132 億光年–這也意味著我們看到的是它132 億年前的樣子，也就是宇宙大爆炸後不到5 億年的樣子。

包含UHZ1 星系和首次潛在探測到的超大黑洞的空間區域的組合影像。紫色區域是錢德拉收集的X 射線數據，紅色、綠色和藍色部分來自詹姆斯-韋伯X 射線： NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán；紅外線： NASA/ESA/CSA/STSCI；圖像處理： NASA/ CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand

要在如此遙遠的地方找到這個天體，需要錢德拉X 射線天文台和詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的聯合力量，並藉助一種叫做引力透鏡的放大效應。一個前景星系團放大了來自UHZ1 的微弱光線，使得兩台望遠鏡能夠捕捉到它。

根據黑洞發出的X射線的亮度和能量，天文學家估計它的質量在1000萬到1億個太陽之間。這意味著它的質量和它的母星系中所有恆星的質量加在一起差不多，這個比例遠遠高於在更現代的星系中發現的超大質量黑洞。這些觀測到的特徵與”超大黑洞”的理論預測相吻合。

“我們認為這是首次探測到’超大黑洞’，也是迄今為止獲得的最佳證據，證明一些黑洞是由大質量氣體雲形成的，”這項研究的合著者普里亞姆瓦達-納塔拉詹說。”我們第一次看到超大質量黑洞在落後之前的一個短暫階段，其重量與星系中恆星的重量差不多”。

其他研究認為，這些早期巨星可能是由原始超大質量恆星變成超新星，甚至是自相互作用暗物質的坍縮形成的。當然，也有可能是多種機制在起作用，但只有進一步的觀測才能幫助天文學家找出答案。

這項研究的兩篇論文分別發表在《自然-天文學》和《天體物理學雜誌通訊》。