对詹姆斯·韦伯太空望远镜数据的一项新分析表明，黑洞不仅在时间之初就存在，它们还诞生了新的恒星并促进了星系的形成。

这些见解 了黑洞如何塑造宇宙的理论，挑战了黑洞在第一批恒星和星系出现后形成的经典理解。相反，在宇宙诞生的前 5000 万年里，黑洞可能极大地加速了新恒星的诞生，而这在宇宙 138 亿年的历史中是一个转瞬即逝的时期。

“我们知道这些巨大的黑洞存在于我们银河系附近的星系中心，但现在最大的惊喜是它们也存在于宇宙之初，几乎就像早期星系的基石或种子，”说。主要作者 约瑟夫·希尔克(Joseph Silk)是约翰·霍普金斯大学和巴黎索邦大学天体物理研究所的物理学和天文学教授。“它们确实促进了一切，就像恒星形成的巨大放大器，这完全 了我们之前认为可能发生的事情，以至于这可能会彻底改变我们对星系形成方式的理解。”

该工作新发表在《天体物理学杂志快报》上。

西尔克说，通过韦伯望远镜观察到的来自极早期宇宙的遥远星系，看起来比科学家预测的要亮得多，并揭示了异常大量的年轻恒星和超大质量黑洞。

传统观点认为，黑洞是在超大质量恒星坍塌后形成的，而星系是在第一批恒星照亮的早期宇宙后形成的。但 Silk 团队的分析表明，黑洞和星系在最初的 1 亿年里共存并影响着彼此的命运。西尔克说，如果宇宙的整个历史是一个 12 个月的日历，那么那些年就像一月的第一天。

“我们认为黑洞会流出破碎的气体云，将它们变成恒星，并大大加快恒星形成的速度，”西尔克说。“否则，很难理解这些明亮的星系从何而来，因为它们在早期宇宙中通常较小。到底为什么它们会如此迅速地形成恒星呢?”

黑洞是太空中的一个区域，那里的引力非常强大，任何东西都无法逃脱它们的引力，甚至是光。西尔克说，由于这种力，它们产生强大的磁场，产生猛烈的风暴，喷射出湍流等离子体，最终起到巨大的粒子加速器的作用。他说，这个过程很可能就是韦伯探测器发现的黑洞和明亮星系比科学家预期更多的原因。

“我们无法在很远很远的地方看到这些猛烈的风或喷射流，但我们知道它们一定存在，因为我们在宇宙早期就看到了许多黑洞，”西尔克解释道。“这些来自黑洞的巨大风会粉碎附近的气体云并将它们变成恒星。这就是解释为什么这些最初的星系比我们预期的要亮得多的缺失环节。”

丝绸的团队预测年轻的宇宙有两个阶段。在第一阶段，黑洞的高速流出加速了恒星的形成，然后在第二阶段，流出速度减慢。西尔克说，大爆炸后几亿年，由于超大质量黑洞磁暴，气体云塌陷，新恒星的诞生速度远远超过数十亿年后在正常星系中观察到的速度。他说，由于这些强大的外流转变为能量守恒状态，恒星的形成速度减慢，减少了可用于在星系中形成恒星的气体。

“我们认为一开始，星系是在巨大的气体云塌陷时形成的，”西尔克解释道。“令人惊讶的是，云的中间有一颗种子——一个大黑洞——它帮助云的内部迅速变成恒星，速度比我们预期的要快得多。所以第一个星系非常明亮。”

研究小组预计，未来韦伯望远镜的观测，以及对早期宇宙中恒星和超大质量黑洞的更精确的计数，将有助于证实他们的计算。西尔克预计这些观察结果还将帮助科学家拼凑出更多有关宇宙演化的线索。

“最大的问题是，我们的起源是什么?太阳是银河系中千亿分之一的恒星，中间也有一个巨大的黑洞。两者之间有什么联系?” 他说。“一年之内，我们将获得更好的数据，我们的许多问题将开始得到答案。”

作者包括约翰·霍普金斯大学的 Colin Norman 和 Rosemary FG Wyse;科罗拉多大学和国家标准与技术研究所的 Mitchell C. Begelman;和以色列理工学院的阿迪·努塞尔。

该团队得到了以色列科学基金会和亚瑟空间研究所的支持，以及埃里克·施密特和温迪·施密特在施密特未来计划的推荐下的支持。