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主译：清水明澄
校对：毕逸飞
审核：牧夫天文校对组
美编：张一帆
后台：王启儒
原文链接：https://www.nao.ac.jp/news/science/2026/20260917-cfca.html
图片说明：利用日本国立天文台的天文学专用超级计算机ATERUI III进行数值模拟，再现了黑洞在浓密气体包裹下快速增长的情景。图中颜色越红，表示该区域温度越高。（图源：郑升明、武田隆显、日本国立天文台四维数字宇宙计划）
国立天文台专为天文学研发的超级计算机ATELUI III，致力于解开在早期宇宙中观测到的一类被称作“小红点”天体的本质。而如今，该研究首次取得成果，它用一套连贯的演化图景，同时解释了宇宙早期急速生长的黑洞，以及这一神秘天体的起源。
近年来，借助詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的观测，科研人员发现了大量神秘的小型红色天体，被命名为Little Red Dot（简称LRD，小红点），它们形成于宇宙诞生尚不足10亿年的时代。学界围绕该天体真身展开大量讨论，目前最主流假说认为：这是一类位于星系中心、吞噬大量气体并飞速成长的黑洞。但该假说存在一大疑点：若真是如此，LRD内部应当存在质量远超其内部恒星总质量的超大质量黑洞，可这类黑洞究竟从何而来，却也未有人能说明一二。
以德国马克斯·普朗克天体物理研究所的郑升明研究员为核心的国际科研团队，开发出了一套变焦模拟仿真系统，可以追踪从早期原星系团一直到黑洞诞生的完整演化流程。想要解答这个问题，就必须实现从数亿光年尺度的宇宙大环境，精细到单个气体云的连贯运算，而这巨大的计算量，一直以来都作为瓶颈令科研人员们束手无策。但是这次，研究团队利用ATELUI III超级计算机，高精度演算模拟了气体云坍缩、大质量恒星诞生、黑洞形成直至黑洞成长的全过程；无需预先假设黑洞已经存在，直接复现追踪出了LRD的形成路径。
模拟结果显示：在原星系团内部，明亮星系释放出的强紫外线会抑制周边气体云内部的恒星形成；与此同时暗物质引力聚拢海量气体，生成质量可达太阳50万～90万倍的超大质量恒星。这类超大质量恒星演化终结之后，就会形成黑洞的雏形——种子黑洞。而这个质量接近太阳100万倍的重型种子黑洞，将会持续吸积周边高密度气体盘内的大量气体，在宇宙诞生约6亿年之后，快速成长为质量约太阳3000万倍的超大质量黑洞。
黑洞周围气体发出的光，在穿过包裹黑洞的浓密气体时会受到吸收和散射，使天体呈现偏红的观测特征。同时，氢发射线在观测光谱中也会表现出谱线展宽现象。这些特征与LRD的观测特征十分吻合。此次研究首次将重型种子黑洞的形成、其后快速增长为相对质量异常巨大的黑洞，以及呈现出LRD观测特征的过程，统一纳入一套连贯的物理演化图景。
但同时新的问题也接踵而至：在后续研究中，一方面需要验证韦伯望远镜观测到的众多LRD天体里，有多少能够适用本次提出的演化模型；另一方面还要探究LRD能否进一步演变为类星体、超大质量黑洞。将JWST观测数据与ATELUI III的高精度模拟相结合，我们或许有望揭开宇宙演化史，打通早期宇宙“小红点”与如今星系中心超大质量黑洞之间的演化脉络。
责任编辑：甘林
牧夫新媒体编辑部
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隐藏星系-IC342(图源：美编)
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