一幅假设的暗星超大质量黑洞种子在早期宇宙中的插图。（图像来源：Robert Lea（使用Canva创建）） 一种填满宇宙的神秘重力波嗡嗡声可能是‘暗星’的回声，这些暗星曾作为第一批超大质量黑洞的种子。这些低频重力波早在2023年通过一组被称为‘脉冲星定时阵列’的宇宙灯塔（脉冲星）被探测到。脉冲星是快速旋转并规律发射来自其极端的辐射束的中子星，这些辐射束可用于检测空间和时间的微小波动。这些波动是由引力波引起的，或者说是时空中的波纹。很长一段时间，特定的低频引力波背景的来源一直笼罩在神秘之中，但科学家们希望它们可能蕴含着大约130亿年前宇宙秘密的编码。确实，负责这项研究的团队相信，这种时空波纹的嗡嗡声可以帮助解释，在宇宙甚至还不到10亿岁之前，超大质量黑洞是如何如此迅速地生长的。他们将这一解决方案与可能在早期宇宙中坍塌并死亡的假想超大质量‘暗星’联系起来，以诞生大质量黑洞种子，使超大质量黑洞的生长获得了先发优势。‘暗星最初被提议作为在宇宙黎明时可能被直接看到的物体，’科尔盖特大学的团队成员Cosmin Ilie在一份声明中说，‘这项工作指出了一种完全不同的方式来测试它们在宇宙历史中可能发挥的作用。’‘它们的后代可能留下一个一直延续到如今宇宙的引力波印记。’宇宙钟和坍塌的暗星 脉冲星定时阵列在重力波通过时通过压缩和拉伸空间来探测重力波，导致脉冲星的辐射束到达地球的时间产生微小的延迟。然而，探测到引力波背景需要监测脉冲星定时阵列多年。‘脉冲星定时阵列通常被认为是探测相对较近宇宙中的超大质量黑洞双星系统，’Ilie说。‘我们的工作表明，这一信号可能还包含关于那些黑洞的祖先在宇宙黎明时如何形成的信息。’在这个意义上，今天观察到的引力波可能为第一批超大质量黑洞的诞生提供了一扇新窗口。一幅插图显示一颗中子星位于脉冲星的中心，其强大的磁场在旋转时从极端发出辐射。（图像来源：Robert Lea（使用Canva创建）） 当前对此背景的首选解释是二元黑洞在合并前螺旋向内旋转的宇宙历史，特别是质量总和超过10亿倍太阳质量的配对。然而，这并不能解释这些超大质量黑洞从何而来，以及詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）如何在宇宙甚至还不到10亿岁时就定期探测到它们——尽管提出的形成超大质量黑洞的吃食和合并链应该需要超过10亿年。Ilie和他的科尔盖特大学同事Sohan Ghodla质疑超大质量黑洞的生长是否始于重型种子，以及这些重型种子是否由暗星的坍塌而产生。暗星是假想的原始星体，它们并不是通过核聚变产生能量，而是由其核心中的自我湮灭的暗物质供能。随着暗物质为这些原始星体提供能量，它们将保持相对较冷的状态，与其他星体相比，使其在生命期内不断吸积物质。这个过程将持续直到暗星的质量达到太阳质量的数百万倍并在自身重力下坍塌，创造出巨大的黑洞；这些种子碰撞和合并形成超大质量黑洞。插画展示了两个黑洞在合并前围绕彼此旋转的概念（图像来源：NASA）Ilie和Ghodla模拟了生成的黑洞种子存在和合并的环境，计算合并速率及其对引力波背景的影响。他们发现超大质量暗星的残骸确实可以为2023年探测到的引力波背景提供主要的，甚至是主导贡献。这意味着脉冲星定时阵列提供的测量可以帮助确定在早期宇宙中重型黑洞种子的丰富程度。‘如果产生太多这些大质量种子，你就会过量产生脉冲星定时阵列探测到的信号，’Ghodla说道。‘产生太少，便需要其他来源来有效地组装这些超大质量黑洞，以匹配脉冲星定时阵列的观察。’一幅暗星在暗物质光环中的插图。（图像来源：Robert Lea）