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黑洞與星際大爆炸的關聯：為何直塌黑洞能改變我們對宇宙的理解？
在宇宙的初期，直塌黑洞（DCBH）可能是超大質量黑洞的關鍵起源。這些高質量黑洞種子是由大量物質的直接坍縮形成的，推測它們是在紅移範圍z=15到30之間形成的，當時宇宙年紀大約100到250百萬年。與從第一代恆星（即所謂的人口三代恆星）形成的黑洞種子不同，這些直塌黑洞是通過直接的廣義相對論不穩定性來形成的。它們的典型質量可達到約105 M☉，這一類別的黑洞種子最早是在理論上提出，以解決在紅移z~7時已經存在超大質量黑洞的挑戰，這一點已經得到了許多觀測的確認。
直塌黑洞是通過環境物理條件的獨特結合而形成的，這些條件 зачастую很難同時滿足。
形成機制
直塌黑洞的形成涉及數個關鍵環境條件，這些條件促成了氣體的直接坍縮，而不是形成恆星集群。首先，這些氣體必須是金屬自由的（即僅含有氫和氦），其次是具有原子冷卻效應的氣體，最後還需有足夠強度的萊曼-維爾特光子流，以破壞氫分子，這些分子是非常有效的氣體冷卻劑。若無法破壞這些氣體的冷卻過程，那麼氣體雲就會經歷重力坍縮，達到極高的質量密度，約為107 g/cm³。在這樣的密度下，物體將經歷廣義相對論不穩定性，導致形成黑洞，質量典型上可達105 M☉，甚至高達100萬 M☉。
這些物體是直接從原始氣體雲中坍縮而來，而非經過中間的恆星階段，因此被稱為直塌黑洞。
最近的一項電腦模擬報告顯示，強大而寒冷的吸積流在罕見集中下可以形成這些黑洞種子，而不需要紫外背景或超音速流動，甚至不需要原子冷卻。在這種模擬中，直到重子質量增長到4000萬太陽質量時，重力才最終克服湍流，隨後簡單地崩潰形成了兩顆超大質量恆星，這兩顆恆星最終化身為直塌黑洞，質量分別為31000和40000 M☉。
直塌黑洞的數量
儘管直塌黑洞具有重要的理論價值，但科學家普遍認為它們在高紅移宇宙中相對稀少，因為同時滿足其生成所需的三個基本條件非常具有挑戰性。目前的宇宙學模擬預測，在紅移15的條件下，平均每立方吉帕秒克大約只有一個直塌黑洞。根據不同的假設，直塌黑洞的數量預測可能多達107個每立方吉帕秒克，但這需要極高的萊曼-維爾特光子流量。
這一點也引出了對於未來觀測的期待，特別是張顯網宇宙望遠鏡的觀測將是關鍵。
檢測與發現
在2016年，哈佛大學的天體物理學家法比奧·帕庫奇（Fabio Pacucci）領導的團隊使用哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線天文台的資料，首次識別出兩顆直塌黑洞候選者，這兩顆候選者的紅移z值均大於6，並契合這類天體的光譜特性。這些來源預測在以高紅移的其他來源比較時，將會有顯著的紅外輻射過量。未來的觀測將是確定這些候選黑洞性質的關鍵。
與其他黑洞的區別
需要指出的是，原始黑洞的形成是由於能量、電離物質或兩者的直接驟降，而直塌黑洞則是因為稠密且大型的氣體雲直接坍縮而形成。此外，由人口三代星形成的黑洞並不歸類於“直接”坍縮黑洞。
直塌黑洞的存在不僅解釋了宇宙初期的黑洞形成，還能質疑我們對宇宙演化的理解。
直塌黑洞的發現，無疑為研究早期宇宙的星系結構和黑洞形成提供了新的視角，從而將引發更深入的思考：在直塌黑洞的形成過程中，宇宙中還隱藏著哪些未解之謎呢？
