JWST发现的小红点，可能正在并合变成超大质量黑洞

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://www.universetoday.com/articles/astronomers-find-little-red-dots-about-to-merge

图中是詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）观测到的 6 个“小红点”天体，英文称为 LRD（Little Red Dots）。目前，人类已经发现了 300 多个 LRD，它们主要出现在大爆炸后约 6 亿至 16 亿年的早期宇宙中。图中的 6 个天体只是这类天体的代表性示例，并不是本文所讨论的 4 组候选 LRD 双体系统。它们会不会与超大质量黑洞的早期形成有关？

图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、D. Kocevski（科尔比学院）

天文学家们普遍认为，今天宇宙中的大型星系中心都有超大质量黑洞（SMBH）。但这些黑洞到底是怎么长到如此之大的，依旧是是一个未解之谜。虽然天体物理学家们知道黑洞并合应该参与了这一过程，但是中间的过程具体是怎样发生的、又如何贯穿130多亿年的宇宙演化历史，等等这样的许多问题都还没有答案。

超大质量黑洞们最后都会拥有数百万甚至数十亿倍太阳质量。比如，银河系中心的超大质量黑洞，人马座A*（从地球看位于人马座方向，距离地球约2.7万光年），的质量就超过太阳的400万倍。詹姆斯韦伯（JWST）的一项重要科学任务，就是观测非常早期的宇宙，然后寻找这些超大质量黑洞早期成长的线索。

最近，当JWST拍了一些小红点（LRD）的照片后，它们很快就引起了天文学家的兴趣。因为目前多数天文学家猜测，这些神秘的小红点就与黑洞有关，并且可能对应超大质量黑洞成长的早期阶段。

最近发表在《日本天文学会刊》（Publications of the Astronomical Society of Japan，PASJ）上的一项研究进一步为这个猜想提供了新的证据。这项研究认为，小红点可能不仅与早期黑洞有关，小红点之间的并合现象也可能帮助超大质量黑洞快速增长。

论文题为“隐藏在像素I之中 的双小红点：千秒差距尺度上的超额成团现象”。第一作者田中拓海（Takumi Tanaka）是东京大学科维理宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）的博士生。

田中拓海指出，在近邻宇宙中，黑洞质量与恒星速度弥散、核球质量和恒星质量等星系特征都密切地相关。也就是说，超大质量黑洞并非只是存在于星系中心，而是很有可能通过活动星系核（AGN）反馈影响恒星形成，进而参与星系的生长和演化。因此，弄清小红点的本质，有助于我们进一步理解超大质量黑洞与星系之间是如何相互影响、共同演化的。

虽然LRD与超大质量黑洞有关已经成为一种主流解释，但两者之间的具体关系仍不清楚。这项研究的关键发现是，研究人员找到了一些彼此距离非常近的小红点，它们成对出现，很可能最终会发生并合。

田中拓海写道：“小红点是JWST最新发现的一类数量众多的高红移天体。我们认为小红点们可能代表超大质量黑洞的早期成长阶段。”

研究团队采用了逐像素的颜色筛选方法，并且放宽了对天体致密程度的筛选标准，最终在COSMOS-Web巡天数据中找到了4组红点系候选系统。每对小红点在天球上的投影角距离只有0.2至1.2角秒。

其中两组小红点还有光谱观测结果。根据谱线较大的等值宽度和较宽的线型，研究人员认为探测到的谱线很可能是Hα发射线（Ha发射线是氢原子产生的一条特征谱线，在实验室中的波长约为 656.3 纳米。由于它的本征波长是已知的，天文学家可以通过比较它在遥远天体光谱中的实际观测波长，计算天体的红移，从而判断它距离我们有多遥远）。由此得到的光谱红移分别为 z = 5.822 和 z = 5.464，与测光红移的结果一致。

按照这一距离计算，两组小红点之间的投影距离分别只有1.64和7.36千秒差距（kpc），也就是大约5300和24000光年。

当然，即使两个天体在图像上靠得很近，也并不一定意味着它们在真实空间中也彼此接近。处于不同距离的天体，也可能恰好在视线方向上重叠。

不过，研究团队将现有小红点样本与模拟数据进行比较后发现，这4组小红点如此接近，不太可能只是不同红移天体之间的偶然投影…

JWST拍摄的4组小红点的红外假彩色图像。每幅图右下角的白线代表约5000光年的距离。图片来源：COSMOS-Web / Tanaka

因为这些小红点彼此靠得太近，在观测收集时的图像中，它们很容易就被归类为一个小点了。为此，田中拓海和合作者开发了一种逐像素分析的方法，通过检查每个像素的颜色来寻找隐藏在单个光源中的小红点组。换句话说，他们专门寻找那些看起来像一个、实际上可能是两个的小红点。

这些小红点之间最多只相隔几万光年，在星系尺度上已经相当接近。作为比较，银河系可见部分的直径大约为10万光年。

关于小红点究竟是什么，目前还有几种不同解释。一种观点认为，它们可能是正在以极高吸积率增长的黑洞。另外一种观点是，小红点只是超爱丁顿吸积黑洞中目前能够被我们看到的一部分，宇宙中可能还有大量类似天体尚未发现。

还有一种说法则是，小红点可能是质量相对较小的超大质量黑洞，外面包裹着致密的气体。这层气体改变了我们看到的辐射，使它们呈现出特征性的红色。

不过，这次JWST的数据捕捉到了成组小红点，所以又为我们提供了一条新的线索。至少其中一些小红点，可能正处在超大质量黑洞并合之前的阶段。

这张直方图展示了小红点在天球上的角距离分布。如果小红点是随机分布的，那么找到两个角距离像这项研究中这样小的小红点，概率会非常低。因此，这些成对小红点的出现很难用随机分布来解释。图片来源：Tanaka et al. 2026, PASJ

田中拓海写道：“我们的样本很可能代表了小红点发生并合之前的阶段，而这类并合可能是超大质量黑洞在早期演化阶段快速增长的机制之一。”

不过，目前发现的样本还很少，只有4组候选系统。研究人员也指出：“由于当前样本量较小，我们还需要利用大视场巡天进一步扩大样本。”

田中拓海认为，未来还需要利用更大的光谱样本研究小红点周围的环境，并把它们与其他活动星系核和星系进行比较。这些观测将帮助天文学家进一步弄清小红点的真实性质。

我们今天看到的超大质量黑洞，动辄拥有数百万甚至数十亿倍太阳质量。但把时间倒推到130多亿年前，它们最初是什么模样，又是怎样在如此短的时间内迅速长大的，至今仍是现代天文学的重要谜题。目前，虽然这4组候选小红点系统还不足以给出最终答案，但随着JWST继续积累更大规模的光谱和深场观测，我们或许能够把这些零散的小红点串联起来，逐渐还原出超大质量黑洞从早期宇宙一路成长至今的过程。

责任编辑：郭皓存

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图片版权：Javier Castro Text: Keighley Rockcliffe (NASA GSFC, UMBC CSST, CRESST II)