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隐藏的天文奇迹：直接崩塌黑洞如何解开超大质量黑洞形成之谜？
直接崩塌黑洞（DCBHs）是一种高质量黑洞雏型，其形成过程来自于大量物质的直接崩塌。根据推测，这些黑洞在红移范围 z=15–30 之间形成，当时宇宙年龄约为一亿到两亿五千万年。与由第一代恒星（也称为三型恒星）形成的黑洞雏型不同，直接崩塌黑洞种子是通过直接的广义相对论不稳定性形成的。这类黑洞在形成时通常质量达到约 10^5 M☉。
这类黑洞雏型的提出最初是为了解决在红移 z~7 时期已经观测到超大质量黑洞的挑战，许多观测结果都已经确认了这一点。
形成机制
直接崩塌黑洞（DCBHs）被认为是高红移宇宙中形成的巨型黑洞雏型，其形成时的质量大约在 10^5 M☉，但可范围至 10^4 M☉ 到 10^6 M☉。形成 DCBH 的环境条件如下：
- 无金属气体（仅含氢和氦）。
- 原子冷却气体。
- 足够大的莱曼-维尔特光子通量，以破坏氢分子，这使得气体冷却效率降低。
满足上述条件可以避免气体冷却，因此避免原始气云的碎片化。无法碎片化并形成恒星的气云会经历整体的重力崩塌，并在其核心达到极高的物质密度，约为 10^7 g/cm3。在这样的密度下，该物体会经历广义相对论不稳定性，最终形成质量约为 10^5 M☉ 的黑洞，甚至可达 100 万 M☉。这一不稳定性的发生，连同中间恒星阶段的缺失，使得这类黑洞被称为直接崩塌黑洞。
数量统计
直接崩塌黑洞被认为在高红移宇宙中极为罕见，因为一次性满足其形成的三个基本条件是相当具挑战性的。当前的宇宙学模拟建议，DCBHs 在红移15时的数量密度可能只有每立方吉秒差距约1个。在最乐观的情况下，根据形成所需的最低莱曼-维尔特光子通量，其数量密度可达约 10^7 DCBHs 每立方吉秒差距。
探测进展
2016年，哈佛大学的天体物理学家Fabio Pacucci领导的团队利用哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台的数据识别了首两颗候选的直接崩塌黑洞。这两颗候选者的红移皆大于6，并且与此类天体源预测的光谱特性相符。特别是，这些源在红移较高的情况下，预测有显著的红外辐射过剩。
未来，进一步的观测，尤其是使用詹姆斯·韦伯太空望远镜，将对于调查这些来源的特性并确认其本质至关重要。
与其他黑洞类型的区别
原始黑洞是指在膨胀期间或辐射主导时期中能量或离子化物质碰撞直接崩塌形成的黑洞，而直接崩塌黑洞则是不同寻常的密集和大型气体区域塌陷的结果。值得注意的是，透过三型恒星崩塌形成的黑洞不被视为「直接」崩塌。
在探索宇宙奥秘的过程中，直接崩塌黑洞的重要性逐渐被认识，未来的研究将可能揭开更多关于超大质量黑洞形成之谜的线索。在这一神秘的宇宙中，还有多少未知的黑洞等待人类去发现呢？
