早期宇宙的神秘天体“小红点”的线索藏在“仙人掌星系”中？

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主译：毕逸飞

校对：suu

审核：牧夫天文校对组

美编：苏奕月

后台：王启儒

https://sorae.info/astronomy/20260806-lrd-saguaro.html

以亚利桑那大学斯图尔德天文台的 Pierluigi Rinaldi 为首的研究团队，以位于较近时代的星系为线索，对詹姆斯·韦布太空望远镜在早期宇宙中发现的大量神秘天体“小红点”（Little Red Dot，LRD）的本质及演化路径进行了研究。该团队的成果论文已发表于学术期刊《The Astrophysical Journal》。

点缀初期宇宙的“小红点”之谜

“小红点” 得名于韦布太空望远镜的观测设备之一“NIRCam（近红外相机）”所捕捉的红外波段中波长较长（类比我们肉眼捕捉可见光时的“红色”），以及这些天体本身非常致密。

▲詹姆斯·韦布太空望远镜观测到的小红点示例（Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Kocevski (Colby College)）

它们在大约138亿年前的宇宙大爆炸后约6亿年时大量出现，但到约15亿年时又迅速消失，因此自发现以来，“随着宇宙成熟，小红点会变成什么？”这一谜题的破解工作一直在推进。关于小红点的真实身份，此前已有多种假说，包括被厚密高密度气体包裹、急速成长的超大质量黑洞的“黑洞星”假说，以及处于形成过程中的球状星团假说等。

“仙人掌星系”中发现的与小红点的相似性

Rinaldi等人关注的是位于大熊座方向、距离约104亿光年（红移 z=2.0145）的星系“WISEA J123635.56+621424.2”。因其形状类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）”。

Saguaro是由2020年结束运行的NASA（美国国家航空航天局）斯皮策红外太空望远镜报告的“可见光暗淡但红外明亮”的星系。哈勃太空望远镜和韦布太空望远镜的观测捕捉到了Saguaro带有旋臂的形态。

▲詹姆斯·韦布太空望远镜NIRCam观测到的星系“WISEA J123635.56+621424.2”，爱称“Saguaro”（右上放大图）（Credit: Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Pierluigi Rinaldi (Steward Observatory); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI)）

研究团队认为Saguaro可能与小红点属于同类天体，并积累了多项证据。

第一个线索是光谱（电磁波按波长分布的强度）。通过韦布太空望远镜的“NIRSpec（近红外光谱仪）”进行光谱观测，从Saguaro的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（※）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。

※星系中心观测到强烈电磁波的狭窄区域，Active Galactic Nucleus: AGN。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。

第二个线索是X射线。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也极其微弱。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，却在X射线波段几乎未被探测到。原因尚不明确，一般认为是被核心周围的厚密气体吸收了大部分X射线，几乎未能泄漏到外部。

论文共同作者、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射线辐射也比本应更弱。大多数小红点看不到X射线辐射的原因，或许也可以用这种组合来解释。

将Saguaro“移至”早期宇宙的思想实验

此外，研究团队模拟验证了这样一种情形：如果Saguaro位于约130亿光年前（相当于红移z＝7）的早期宇宙中，它会呈现出何种样貌。

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，从而再现出与典型小红点几乎一样的外观。

▲ 实际的Saguaro（左）、将其模拟放置在约130亿光年外后的外观（中），以及实际观测到的小红点（右）。（Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Pierluigi Rinaldi (Steward Observatory); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI); Illustration: Leah Hustak (STScI)）

于是，他们接下来对存在于约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，结果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。

简而言之，这一结果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。

小红点的“后代”是什么？

虽然Saguaro并未否定球状星团或黑洞星等其他假说，但它可以说是理解小红点本质的重要存在。论文共同作者、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。”

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。即使是韦布太空望远镜，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’。”

研究团队今后计划进一步寻找与Saguaro性质相似的星系，同时利用已积累的韦布太空望远镜存档数据，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。

编者注：文中距离采用“光行距离”表示，即天体发出的光在抵达地球并被观测到之前所经过的距离。

责任编辑：甘林

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