中科院國(guó)家天文臺(tái)岳斌、徐怡冬、陳學(xué)雷等研究人員與意大利比薩高等師范學(xué)校(SNS) Andrea Ferrara教授，以及意大利國(guó)家天體物理研究所(INAF/IASF-MI)的Ruben Salvaterra博士在近日的一項(xiàng)合作研究中提出：宇宙近紅外背景輻射(NIRB)的超出可能來(lái)源于宇宙中的第一代黑洞。這類黑洞通過(guò)直接坍縮的機(jī)制形成，是約為100萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞。

該工作的論文已在MNRAS（Infrared background signatures of the first black holes  Yue Bin; Ferrara Andrea; Salvaterra Ruben; Xu Yidong; Chen Xuelei，Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2013 MNRAS.tmp.1501Y）上發(fā)表，并得到了Science的主編推薦（Editor’s choice）。比薩高師和INAF的網(wǎng)頁(yè)上都對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。

在紅移約10至30之間的時(shí)候，中等質(zhì)量的黑洞可以通過(guò)一種被稱為“直接坍縮”的機(jī)制在未形成恒星的暗物質(zhì)暈中產(chǎn)生。該工作指出，直接坍縮過(guò)程形成的黑洞，其電離輻射（少量高能X射線光子除外）被周圍的物質(zhì)大量吸收，但這些被吸收的能量最終將以較低能量的光子形式逃逸，經(jīng)紅移到今天成為近紅外背景輻射的一部分。

近年來(lái)，觀測(cè)到的近紅外背景的漲落功率譜與理論預(yù)言相比有明顯的超出，如何解釋這一超出一直困擾著天文學(xué)家。此前，人們?cè)J(rèn)為這些超出來(lái)自第一代恒星，但模型計(jì)算表明，第一代恒星和高紅移星系的貢獻(xiàn)比觀測(cè)值低一到二個(gè)數(shù)量級(jí)。第一代黑洞模型可以給出與觀測(cè)相符的近紅外背景漲落功率譜，同時(shí)該工作還自然地預(yù)言近紅外背景輻射應(yīng)該與宇宙X射線背景輻射相關(guān)。最近Cappelluti等人確實(shí)觀測(cè)到了近紅外輻射與X-射線背景之間相關(guān)，證實(shí)了這一理論預(yù)言。

理論計(jì)算的第一代黑洞對(duì)紅外背景輻射的角功率譜的貢獻(xiàn)及實(shí)測(cè)值，左圖為在波長(zhǎng)3.6微米上的角功率譜，右圖為4.5微米波長(zhǎng)處的角功率譜。