类恒星(Quasi-star),又称“黑洞星”(Black Hole Star),是天文学中一类诞生于宇宙早期的假想极端天体,核心为恒星级黑洞,外层包裹巨大恒星状包层,因观测外观近似恒星而得名。
其能量来源、物理结构与演化路径均异于典型恒星,也与类星体(活动星系核)存在本质区别,是连接恒星与超大质量黑洞的关键过渡天体候选者。
类恒星(Quasi-star)的核心判定标准是“外观类星、核心为黑洞、能量源于黑洞吸积”。
与典型恒星通过核心氢核聚变供能不同,类恒星的能量来自外层物质坠入核心黑洞时释放的引力势能,且仅能形成于宇宙早期(大爆炸后数亿年),此时宇宙中几乎仅存在氢、氦元素,重元素丰度极低,可形成足以包裹黑洞的超大质量包层。
类恒星仅能形成于宇宙“黑暗时代”末期(大爆炸后约1亿-5亿年),此阶段宇宙重元素丰度极低(金属丰度[Fe/H]<-6),星际气体云冷却效率低,引力坍缩可形成质量达数百至数千倍太阳质量的原始恒星。
当原始恒星核心坍缩成10-100倍太阳质量的恒星级黑洞时,若外层包层质量足够大,可吸收核心坍缩释放的能量而不触发超新星爆发,进而形成类恒星——核心黑洞通过吸积包层物质供能,辐射压力与包层重力形成平衡,维持“黑洞-包层”结构的暂时稳定。
类恒星呈“核心-包层”双层结构:核心为质量10-100倍太阳质量的恒星级黑洞,占总质量的比例不足1%;外层为厚度达数至数十天文单位的氢氦包层,占总质量的90%以上。
其能量来源完全不依赖核聚变,而是包层物质在黑洞引力作用下加速坠落形成高温吸积盘,引力势能转化为电磁辐射(以紫外、红外波段为主),通过辐射压力抵消包层重力,维持天体短期稳定。
这一机制虽与类星体的黑洞吸积供能原理相似,但二者黑洞质量(恒星级vs超大质量)、天体尺度(恒星级vs星系级)存在量级差异。
类恒星目前仍为理论假想天体,尚未被直接证实,核心观测难点在于其存在于宇宙早期(高红移z>6区域),虽光度较高但距离极远,且易与高红移类星体、极亮大质量恒星混淆。
目前主要依赖詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)的近红外与中红外探测能力,通过三大特征筛选候选体:一是光谱无恒星核聚变特征谱线(如氢电离线),仅呈现黑洞吸积主导的连续辐射与尘埃吸收特征;二是红外波段亮度异常,但X射线辐射微弱(包层遮挡了吸积盘产生的X射线,区别于类星体的强X射线辐射);三是与星暴星系共生,符合宇宙早期原始气体云密集、易形成大质量天体的环境。
JWST发现的GNz7q天体,其尘埃遮蔽、低X射线通量、黑洞吸积主导的辐射特征,被认为是目前最接近类恒星理论模型的候选体,但仍需更多观测数据验证。
类恒星的理论模型为恒星演化与超大质量黑洞起源搭建了关键桥梁,核心解决了“宇宙早期超大质量黑洞(10^6-10^8倍太阳质量)如何快速形成”的天文学难题——银河系中心的Sgr A*等超大质量黑洞,被认为大概率起源于类恒星演化后的“恒星级黑洞种子”。
同时,类恒星的形成条件严格约束了宇宙早期的物质分布、温度及气体冷却效率,为原始恒星形成理论提供了重要的观测校准方向。
类恒星是宇宙早期“黑洞-恒星”协同演化的核心载体。
在无重元素的原始宇宙中,类恒星的形成避免了超新星爆发对黑洞种子的破坏,使恒星级黑洞得以持续吸积增长,最终演化为星系中心的超大质量黑洞。
对类恒星候选体的观测,可揭示大爆炸后数亿年的宇宙黎明时期环境,解释星系与中心黑洞的共演化起源。
类恒星虽非暗物质候选体,但其质量分布与形成效率会影响宇宙早期的引力场结构。
通过理论模拟类恒星的数量与空间分布,可约束原始星际气体云的坍缩速率,间接验证暗物质的丰度与聚集特性,为宇宙大尺度结构形成理论提供观测校准依据。
| |||||||||||||||||