หลุมดำยุบตัวโดยตรง ( DCBHs ) คือเมล็ด หลุมดำมวลมาก(หลุมดำที่จะดูดกลืนสสารในภายหลังเพื่อก่อตัวเป็นหลุมดำมวลมหาศาล ) ที่เกิดจากการยุบตัวโดยตรงของสสารจำนวนมาก^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}สันนิษฐานว่าพวกมันก่อตัวขึ้นในช่วงเรดชิฟต์z = 15–30 ^{[ 7 ]}เมื่อเอกภพมีอายุประมาณ 100–250 ล้านปี ซึ่งเป็นช่วงเวลาเดียวกับที่ดาวฤกษ์กำลังก่อตัว หมายความว่าหลุมดำเหล่านี้ไม่สามารถก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ได้^{[ 1 ] [ 8 ]}แตกต่างจากเมล็ดที่ก่อตัวขึ้นจากประชากรดาวฤกษ์ กลุ่มแรก (หรือที่เรียกว่าดาวฤกษ์ประชากร III ) เมล็ดหลุมดำยุบตัวโดยตรงนั้นเกิดจาก ความไม่เสถียร เชิงสัมพัทธภาพทั่วไป โดยตรง พวกมันมีมวลมาก โดยมีมวลโดยทั่วไปเมื่อก่อตัวประมาณ ~10 ⁵  M . ^{[ 3 ] [ 9 ]}เมล็ดพันธุ์หลุมดำประเภทนี้ได้รับการเสนอขึ้นตามทฤษฎีเพื่อบรรเทาความท้าทายในการสร้างหลุมดำมวลมหาศาลที่เรดชิฟต์ z~7 ดังที่การสังเกตการณ์จำนวนมากจนถึงปัจจุบันได้ยืนยันแล้ว^{[ 1 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

ตรวจพบ DCBH ที่เป็นไปได้ในกาแล็กซีอินฟินิตี้ในปี 2025 โดย Pieter Van Dokkum จากมหาวิทยาลัยเยลและทีมวิจัยของเขา^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

หลุมดำยุบตัวโดยตรง (DCBHs) คือหลุมดำมวลมหาศาลที่เป็นต้นกำเนิดของหลุมดำ ซึ่งเชื่อกันว่าเกิดขึ้นในเอกภพที่มีค่าเรดชิฟต์สูง และมีมวลโดยทั่วไปเมื่อก่อตัวประมาณ ~10 ⁵  M แต่ครอบคลุมระหว่าง10 ⁴  ม. และ10 ⁶  M เงื่อนไขทางกายภาพของสภาพแวดล้อมในการก่อตัวของ DCBH (ตรงข้ามกับกระจุกดาว ) มีดังต่อไปนี้: ^{[ 3 ] [ 4 ]}

1. ก๊าซ ที่ปราศจากโลหะ (ก๊าซที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม เท่านั้น )
2. ก๊าซทำความเย็นอะตอม
3. ฟลักซ์ของโฟตอน Lyman–Werner ที่มีขนาดใหญ่เพียงพอ ที่จะทำลายโมเลกุลไฮโดรเจน ซึ่งเป็นสารหล่อเย็นก๊าซที่มีประสิทธิภาพมาก^{[ 17 ] [ 18 ]}

เงื่อนไขเหล่านี้จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการเย็นตัวของก๊าซและการแตกตัวของเมฆก๊าซดั้งเดิมซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของดาวฤกษ์ เมื่อไม่สามารถสร้างดาวฤกษ์ได้ เมฆก๊าซทั้งหมดจะเกิดการยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ทำให้มีความหนาแน่นของสสารที่แกนกลางสูงมาก อยู่ในระดับ ~10 ⁷ g/cm ³และอุณหภูมิที่ศูนย์กลางสูงถึง ~10 ¹⁰ K ^{[ 19 ]}ที่ความหนาแน่นนี้ วัตถุจะเกิดความไม่เสถียรตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป^{[ 19 ]}ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของหลุมดำที่มีมวลโดยทั่วไป ~10 ⁵  M และสูงถึง 1 ล้านM การเกิดความไม่เสถียรเชิงสัมพัทธภาพทั่วไป รวมถึงการไม่มีระยะดาวฤกษ์ขั้นกลาง นำไปสู่การเรียกชื่อว่าหลุมดำยุบตัวโดยตรง กล่าวคือ วัตถุเหล่านี้ยุบตัวโดยตรงจากเมฆก๊าซดั้งเดิม ไม่ใช่จากดาวฤกษ์ต้นกำเนิดตามที่กำหนดไว้ในแบบจำลองหลุมดำมาตรฐาน^{[ 20 ]}ที่ค่าความเป็นโลหะมากกว่า ~10 ⁻⁵ Z การแตกตัวเกิดขึ้นเนื่องจากการเย็นตัวของฝุ่น ดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงกลางของการสะสมมวลจะกลายเป็นดาวฤกษ์มวลมหาศาลเนื่องจากก๊าซจำนวนมากที่เกิดจากการแตกตัว กระบวนการนี้เรียกว่า "การสะสมมวลแบบแข่งขันสูง" ^{[ 21 ]}

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่รายงานในเดือนกรกฎาคม 2022 แสดงให้เห็นว่าฮาโลที่เกิดจากการบรรจบกันอย่างหายากของกระแสการสะสมมวลเย็นจัด สามารถสร้างเมล็ดพันธุ์หลุมดำมวลมหาศาลได้โดยไม่ต้องอาศัยพื้นหลังอัลตราไวโอเลต การเคลื่อนที่แบบความเร็วเหนือเสียง หรือแม้แต่การระบายความร้อนของอะตอม กระแสเย็นจัดทำให้เกิดความปั่นป่วนในฮาโล ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของดาวฤกษ์ ในการจำลองนั้น ไม่มีดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นในฮาโลจนกระทั่งมันเติบโตจนมีมวล 40 ล้านเท่าของมวลของดวงอาทิตย์ที่ค่าเรดชิฟต์ 25.7 เมื่อแรงโน้มถ่วงของฮาโลสามารถเอาชนะความปั่นป่วนได้ในที่สุด จากนั้นฮาโลก็ยุบตัวลงและก่อตัวเป็นดาวฤกษ์มวลมหาศาลสองดวงที่ตายไปในฐานะหลุมดำมวลมหาศาล (DCBH)31,000และ40,000  ม. . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

โดยทั่วไปแล้วหลุมดำที่เกิดจากการยุบตัวโดยตรงถือเป็นวัตถุที่หายากมากในเอกภพที่มีค่าเรดชิฟต์สูง เนื่องจากเงื่อนไขพื้นฐานสามประการสำหรับการก่อตัวของหลุมดำเหล่านี้ (ดูข้างต้นในส่วนการก่อตัว) เป็นเรื่องยากที่จะเกิดขึ้นพร้อมกันในเมฆก๊าซเดียวกัน^{[ 24 ] [ 25 ]}การจำลองจักรวาลวิทยาในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าหลุมดำที่เกิดจากการยุบตัวโดยตรงอาจหายากมาก โดยอาจมีเพียงประมาณ 1 หลุมต่อลูกบาศก์กิกะพาร์เซกที่ค่าเรดชิฟต์ 15 ^{[ 25 ]}การคาดการณ์ความหนาแน่นของจำนวนหลุมดำเหล่านี้ขึ้นอยู่กับฟลักซ์ขั้นต่ำของโฟตอนไลแมน-เวอร์เนอร์ที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของหลุมดำ^{[ 26 ]}และอาจสูงถึง ~10 ⁷หลุมดำที่เกิดจากการยุบตัวโดยตรงต่อลูกบาศก์กิกะพาร์เซกในสถานการณ์ที่มองโลกในแง่ดีที่สุด^{[ 25 ]}

ในการศึกษาปี 2023 การจำลอง N-body ร่วมกับแบบจำลองวิวัฒนาการกาแล็กซีแบบกึ่งวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าที่ z ~ 10 ฮาโลที่มี ~10 ⁹  M ถึง ~โดยทั่วไปแล้ว 10 ¹⁰  M จะมี DCBH หลายตัว ซึ่งต่อมาจะรวมตัวกันเป็นฮาโลที่มีมวลมากกว่า^{[ 21 ]}การศึกษาโดยใช้แบบจำลอง Press-Schechterยังทำนายเพิ่มเติมว่าฮาโลในปัจจุบันที่มีมวลอยู่ในช่วง ~10 ¹⁰  ม. ถึง ~กาแล็กซี ขนาด 10 ¹¹  M ประกอบด้วย หลุมดำมวลมหาศาลแบบเคลื่อนที่ได้ (DCBH) ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ได้รับการสนับสนุนจากสัดส่วนการครอบครองฮาโลที่สังเกตได้ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสถานการณ์การก่อตัวของ DCBH อาจอธิบายถึงปริมาณหลุมดำมวลมหาศาล (SMBH) จำนวนมากที่เกิดขึ้นในจักรวาลได้

งานวิจัยก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการก่อตัวของ DCBH ที่เรดชิฟต์สูง (z >~ 13) สนับสนุนแบบจำลองนี้ โดยระบุว่า DCBH ก่อตัวขึ้นอย่างมากมายในเอกภพยุคแรกที่เรดชิฟต์ประมาณ z~14 ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งการมีอยู่ของ DCBH ช่วยส่งเสริมการก่อตัวของ DCBH เพิ่มเติมในวงจรป้อนกลับเชิงบวก^{[ 27 ]}กระบวนการนี้ซึ่งถึงจุดสูงสุดที่ z~14 และลดลงที่ z~13 สอดคล้องกับวิวัฒนาการที่คาดการณ์ไว้ของฮาโลที่โฮสต์ DCBH ที่เรดชิฟต์ต่ำกว่า รวมถึงฮาโลในปัจจุบัน การเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงต้นของ DCBH อาจนำไปสู่การรวมตัวกันเป็นฮาโลที่มีมวลมากขึ้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่สอดคล้องกับวิวัฒนาการที่สังเกตได้ของฮาโลเหล่านี้ที่เรดชิฟต์ต่ำกว่า ผลการค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า DCBH อาจเป็นผู้มีส่วนสำคัญในการก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาลที่สังเกตได้ในยุคต่อมา

ในปี 2016 ทีมที่นำโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์Fabio Pacucci จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดอ้างว่า^{[ 28 ] [ 29 ]}ระบุหลุมดำยุบตัวโดยตรงสองหลุมแรกที่เป็นไปได้ โดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและ หอดูดาว รังสีเอกซ์จันทรา^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}อย่างไรก็ตาม ข้ออ้างนี้ถูกท้าทายโดยงานวิจัยในภายหลัง^{[ 34 ]}

ผู้สมัครทั้งสองรายที่เรดชิฟต์ ถูกพบใน บริเวณ CANDELS GOODS-Sและตรงกับคุณสมบัติสเปกตรัมที่คาดการณ์ไว้สำหรับแหล่งกำเนิดทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประเภทนี้^{[ 35 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แหล่งกำเนิดเหล่านี้คาดว่าจะมี การแผ่รังสี อินฟราเรด มากเกินไป เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดประเภทอื่น ๆ ที่เรดชิฟต์สูง^{[ 28 ]}การสังเกตการณ์เพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์จะมีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจสอบคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดเหล่านี้และยืนยันธรรมชาติของพวกมัน^{[ 36 ]}${\displaystyle z>6}$

ผู้สมัครอีกรายหนึ่งได้รับการระบุในปี 2025 โดยใช้การสำรวจ NASA COSMOS-Web ที่ z~1.14 โดย Pieter Van Dokkum จากมหาวิทยาลัยเยลและทีมวิจัยของเขา^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}มันคือกาแล็กซีจานคู่ที่กำลังรวมตัวกัน เรียกว่ากาแล็กซีอินฟินิตี้แต่ละกาแล็กซีมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ศูนย์กลาง และอีกหลุมดำหนึ่งอยู่ที่ศูนย์กลางของการรวมตัว^{[ 14 ]}แนวคิดก็คือ เมื่อกาแล็กซีทั้งสองนี้รวมตัวกันเมื่อประมาณ 50 ล้านปีก่อน จุดสัมผัสระหว่างกาแล็กซีมีความหนาแน่นมากพอที่จะทำให้ก๊าซยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำโดยตรง^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}การสังเกตการณ์ของพวกเขาโดยใช้JWST , Hubble , Very Large ArrayและChandra X-Ray Observatoryได้ตัดความเป็นไปได้ที่หลุมดำตรงกลางจะเป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซีอื่นที่อยู่ไกลออกไป หรือว่าเป็นหลุมดำที่หลุดออกไป^{[ 14 ] [ 15 ]}จำเป็นต้องมีการสังเกตเพิ่มเติมเพื่อยืนยันว่าเป็นหลุมดำที่ยุบตัวโดยตรงหรือไม่^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

หลุมดำดั้งเดิมเป็นผลมาจากการยุบตัวโดยตรงของพลังงาน สสารไอออน หรือทั้งสองอย่าง ในช่วง ยุค เงินเฟ้อหรือยุคที่รังสีครอบงำ [ ^{37 ] ในขณะที่หลุมดำ จาก}การยุบตัวโดยตรงเป็นผลมาจากการยุบตัวของบริเวณก๊าซที่มีความหนาแน่นและขนาดใหญ่ผิดปกติ^{[ 38 ]}หลุมดำดาวฤกษ์มีระยะดาวฤกษ์ก่อนซึ่งมันจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นนิวเคลียร์^{[ 39 ]}เมื่อแกนกลางของดาวฤกษ์หลอมรวมธาตุเบาที่มีอยู่แล้วและไม่สามารถหลอมรวมธาตุหนักในแกนกลางได้ มันจะระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาและสร้างดาวนิวตรอน (ซึ่งสามารถวิวัฒนาการเป็นหลุมดำได้ผ่านการสะสมมวล) หรือหลุมดำ^{[ 39 ] [ 40 ]}

• ดาวกึ่ง
• ยูเอชเอส1
• QSO J0313−1806
• GNz7q
• ซีเออร์ส 1019

• Pandey, Kanhaiya L.; Mangalam, A. (2018). "บทบาทของหลุมดำดั้งเดิมในสถานการณ์การยุบตัวโดยตรงของการก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาลที่เรดชิฟต์สูง" วารสารฟิสิกส์ดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ 39 ( 1): 9. arXiv : 1801.06649 . Bibcode : 2018JApA...39....9P . doi : 10.1007/s12036-018-9513-x . S2CID  255489158 .
• Mayer, Lucio; Bonoli, Silvia (2019). "เส้นทางสู่การก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาลผ่านการยุบตัวโดยตรงที่ขับเคลื่อนโดยการรวมตัว: บทวิจารณ์" รายงานความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ 82 ( 1): 016901. arXiv : 1803.06391 . Bibcode : 2019RPPh...82a6901M . doi : 10.1088/1361-6633/aad6a5 . PMID  30057369 . S2CID  51865966 .
• Haemmerlé, Lionel; Heger, Alexander; Woods, Tyrone E. (2020). "เกี่ยวกับดาวฤกษ์มวลมหาศาลแบบโมโนลิธิก" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 494 (2): 2236– 2243. arXiv : 2003.10467 . doi : 10.1093/mnras/staa763 .