揭开宇宙“小红点”之谜|发射线|太阳|宇宙|小红点|恒星|星系|黑洞

令人费解的“小红点”

2022年，韦布空间望远镜（JWST）在高红移宇宙中发现了一些神秘的“小红点”。这些光点致密、明亮，却令人困惑，它们出现在宇宙“仅有”数亿年历史的时候；而又过了十亿年，它们似乎又消失不见了。那么，它们究竟是什么？

起初，一些科学家认为“小红点”是一些质量巨大的星系，其恒星总质量比银河系还要大，其辐射强到足以让JWST在130亿年后的今天仍能探测到。然而，这一推测很难与一个事实相吻合：这些天体存在于大约在大爆炸后6亿年的早期宇宙，而这一时期通常应当对应更低的恒星总质量。

此外，一个星系中可用于形成恒星的可见物质数量，是其所含暗物质质量的一个固定比例。按照传统宇宙学模型，“小红点”中的暗物质质量太小，不足以支撑它们成为“高恒星质量”的星系。

现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，一个研究团队在对“小红点”图像进行了两年持续分析之后找到了答案。

不是星系

宇宙中含量最丰富的元素是氢。当氢气受到高能激发时，其中的原子就会发光。这种光的光谱会在一些明确的频率位置出现尖峰，也就是发射线。来自天体的氢发射线通常呈现为宽峰，即峰值会跨越一段频率范围，这段范围称为线宽。

过去的研究表明，“小红点”的氢发射线尤其宽，这表明发光气体的运动速度达到每秒数千千米。如此极端的速度，是活动星系核（AGN）的“典型特征”。

所谓AGN，指的是在一些星系中，物质在星系中心的超大质量黑洞引力牵引下被加速、加热并发光的区域。AGN总会发射出X射线以及射电波。但迄今为止，科学家并没有从“小红点”探测到X射线或射电波的信号。

在新的研究中，研究人员利用JWST对氢发射线Hα（波长656.28纳米）的观测，对12个“小红点”的谱线形状进行了分析。结果显示，JWST观测到的Hα光谱与一种情形相一致：一个极高亮度的中心光源，被致密的电离气体云所包围。在样本中，最亮光源的总光度相当于超过2500亿个太阳的光度，而其这些光源的尺度只有不到0.1秒差距，远远小于一个星系的尺度。

如此巨大的光度，却集中在如此微小的空间区域，在已知物理机制中，唯一合理的解释是超大质量黑洞的吸积过程。因此，这项研究认为，“小红点”本质上对应的是处在快速生长早期阶段、被致密电离气体“茧”包裹的年轻超大质量黑洞吸积系统。