在探索宇宙奥秘的征程中,詹姆斯·韦布太空望远镜持续带来令人惊喜的发现。近期,以亚利桑那大学斯图尔德天文台的Pierluigi Rinaldi为首的研究团队,借助韦布望远镜的观测数据,对早期宇宙中神秘天体“小红点”(Little Red Dot,LRD)的本质及演化路径展开了深入研究,相关成果发表于学术期刊《The Astrophysical Journal》。
“小红点”这一名称源于韦布望远镜的“NIRCam(近红外相机)”在红外波段对它们的观测。在红外波段中,这些天体呈现出的波长较长,类似我们肉眼可见光中的“红色”,且它们本身极为致密。这些神秘天体大约在138亿年前宇宙大爆炸后约6亿年大量涌现,然而到约15亿年时又迅速消失不见。自发现以来,科学家们一直在努力破解“随着宇宙成熟,小红点会变成什么”这一谜题。此前,关于小红点的真实身份存在多种假说,比如被厚密高密度气体包裹、急速成长的超大质量黑洞所形成的“黑洞星”假说,以及处于形成过程中的球状星团假说等。
此次研究,研究团队将目光投向了位于大熊座方向、距离约104亿光年(红移z = 2.0145)的星系“WISEA J123635.56 + 621424.2”,因其形状酷似亚利桑那沙漠中呈螺旋状生长的特殊仙人掌,被赋予爱称“Saguaro(萨瓜罗)”。该星系由2020年结束运行的NASA斯皮策红外太空望远镜发现,它呈现出“可见光暗淡但红外明亮”的特征。后续,哈勃太空望远镜和韦布太空望远镜的观测显示,Saguaro带有旋臂形态。
研究团队认为Saguaro可能与小红点属于同类天体,并为此积累了多项有力证据。其一,通过韦布望远镜的“NIRSpec(近红外光谱仪)”对Saguaro进行光谱观测,在其核心检测到了与典型小红点相同的光谱特征。利用哈勃和韦布望远镜的数据,对活动星系核(星系中心观测到强烈电磁波的狭窄区域,其动力源被认为是质量达太阳数百万至数十亿倍的超大质量黑洞)与其宿主星系进行分离解析后,确认该光谱特征源自中心点源,即活动星系核。其二,在X射线观测方面,虽然Saguaro整个星系在可见光和红外波段明亮发光,但仅看其核心,NASA的钱德拉X射线太空望远镜观测到的辐射极其微弱。实际上,迄今发现的大多数典型小红点,尽管怀疑存在活动星系核,但在X射线波段几乎未被探测到。一般认为,这可能是核心周围的厚密气体吸收了大部分X射线,导致几乎无法泄漏到外部。南非开普敦大学研究生Carys Gilbert表示:“Saguaro的核心不仅深藏在气体之中,其X射线辐射也比预期更弱。大多数小红点看不到X射线辐射的原因,或许可以用这种组合来解释。”
为了进一步探究,研究团队进行了一项思想实验,模拟验证如果Saguaro位于约130亿光年前(相当于红移z = 7)的早期宇宙中,它会呈现出怎样的模样。结果发现,由于宇宙学效应导致的表面亮度减弱,Saguaro的旋臂会暗淡到探测极限以下,只剩下致密的核心,从而呈现出与典型小红点几乎一样的外观。
基于这一模拟结果,研究团队对存在于约121亿 - 131亿光年外(红移z = 4 - 8)的99个小红点的观测数据进行了叠加分析,发现其周围可能淡淡地延伸着直径约6500 - 9800光年(2 - 3千秒差距)的结构。这暗示小红点可能只是“因过于遥远而看不到星系本体、仅见其核心”的天体。
虽然Saguaro并未完全否定球状星团或黑洞星等其他假说,但它为理解小红点的本质提供了重要线索。斯图尔德天文台的George Rieke表示:“早期宇宙中诞生的东西,终究会演化为我们周围存在的什么。此前我们对于小红点会演化成什么毫无头绪,但这次成果提供了找到其‘后代’的方法。”Pierluigi Rinaldi也指出:“我们认为大部分遥远天体都受到宇宙学效应的影响。即使是韦布望远镜,也难以观测到极远处小红点周围过于暗淡的区域。小红点并非只是一个点,而是远为复杂的存在。可以说,它们不过是超大质量黑洞与其周围环境相互作用状况的‘冰山一角’。”
目前,研究团队计划进一步寻找与Saguaro性质相似的星系,同时利用已积累的韦布望远镜存档数据,对小红点进行统计性调查,以明确周围环境如何影响小红点的成长过程。











