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黑洞与星际大爆炸的关联：为何直塌黑洞能改变我们对宇宙的理解？
在宇宙的初期，直塌黑洞（DCBH）可能是超大质量黑洞的关键起源。这些高质量黑洞种子是由大量物质的直接坍缩形成的，推测它们是在红移范围z=15到30之间形成的，当时宇宙年纪大约100到250百万年。与从第一代恒星（即所谓的人口三代恒星）形成的黑洞种子不同，这些直塌黑洞是通过直接的广义相对论不稳定性来形成的。它们的典型质量可达到约105 M☉，这一类别的黑洞种子最早是在理论上提出，以解决在红移z~7时已经存在超大质量黑洞的挑战，这一点已经得到了许多观测的确认。
直塌黑洞是通过环境物理条件的独特结合而形成的，这些条件 зачастую很难同时满足。
形成机制
直塌黑洞的形成涉及数个关键环境条件，这些条件促成了气体的直接坍缩，而不是形成恒星集群。首先，这些气体必须是金属自由的（即仅含有氢和氦），其次是具有原子冷却效应的气体，最后还需有足够强度的莱曼-维尔特光子流，以破坏氢分子，这些分子是非常有效的气体冷却剂。若无法破坏这些气体的冷却过程，那么气体云就会经历重力坍缩，达到极高的质量密度，约为107 g/cm³。在这样的密度下，物体将经历广义相对论不稳定性，导致形成黑洞，质量典型上可达105 M☉，甚至高达100万 M☉。
这些物体是直接从原始气体云中坍缩而来，而非经过中间的恒星阶段，因此被称为直塌黑洞。
最近的一项电脑模拟报告显示，强大而寒冷的吸积流在罕见集中下可以形成这些黑洞种子，而不需要紫外背景或超音速流动，甚至不需要原子冷却。在这种模拟中，直到重子质量增长到4000万太阳质量时，重力才最终克服湍流，随后简单地崩溃形成了两颗超大质量恒星，这两颗恒星最终化身为直塌黑洞，质量分别为31000和40000 M☉。
直塌黑洞的数量
尽管直塌黑洞具有重要的理论价值，但科学家普遍认为它们在高红移宇宙中相对稀少，因为同时满足其生成所需的三个基本条件非常具有挑战性。目前的宇宙学模拟预测，在红移15的条件下，平均每立方吉帕秒克大约只有一个直塌黑洞。根据不同的假设，直塌黑洞的数量预测可能多达107个每立方吉帕秒克，但这需要极高的莱曼-维尔特光子流量。
这一点也引出了对于未来观测的期待，特别是张显网宇宙望远镜的观测将是关键。
检测与发现
在2016年，哈佛大学的天体物理学家法比奥·帕库奇（Fabio Pacucci）领导的团队使用哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台的资料，首次识别出两颗直塌黑洞候选者，这两颗候选者的红移z值均大于6，并契合这类天体的光谱特性。这些来源预测在以高红移的其他来源比较时，将会有显著的红外辐射过量。未来的观测将是确定这些候选黑洞性质的关键。
与其他黑洞的区别
需要指出的是，原始黑洞的形成是由于能量、电离物质或两者的直接骤降，而直塌黑洞则是因为稠密且大型的气体云直接坍缩而形成。此外，由人口三代星形成的黑洞并不归类于“直接”坍缩黑洞。
直塌黑洞的存在不仅解释了宇宙初期的黑洞形成，还能质疑我们对宇宙演化的理解。
直塌黑洞的发现，无疑为研究早期宇宙的星系结构和黑洞形成提供了新的视角，从而将引发更深入的思考：在直塌黑洞的形成过程中，宇宙中还隐藏着哪些未解之谜呢？
