揭開宇宙“小紅點”之謎

令人費解的“小紅點”

2022年，韋布空間望遠鏡（JWST）在高紅移宇宙中發現了一些神秘的“小紅點”。這些光點致密、明亮，卻令人困惑，它們出現在宇宙“僅有”數億年歷史的時候；而又過了十億年，它們似乎又消失不見了。那么，它們究竟是什么？

起初，一些科學家認為“小紅點”是一些質量巨大的星系，其恒星總質量比銀河系還要大，其輻射強到足以讓JWST在130億年后的今天仍能探測到。然而，這一推測很難與一個事實相吻合：這些天體存在于大約在大爆炸后6億年的早期宇宙，而這一時期通常應當對應更低的恒星總質量。

此外，一個星系中可用于形成恒星的可見物質數量，是其所含暗物質質量的一個固定比例。按照傳統宇宙學模型，“小紅點”中的暗物質質量太小，不足以支撐它們成為“高恒星質量”的星系。

現在，在一項新發表于《自然》雜志的研究中，一個研究團隊在對“小紅點”圖像進行了兩年持續分析之后找到了答案。

不是星系

宇宙中含量最豐富的元素是氫。當氫氣受到高能激發時，其中的原子就會發光。這種光的光譜會在一些明確的頻率位置出現尖峰，也就是發射線。來自天體的氫發射線通常呈現為寬峰，即峰值會跨越一段頻率范圍，這段范圍稱為線寬。

過去的研究表明，“小紅點”的氫發射線尤其寬，這表明發光氣體的運動速度達到每秒數千千米。如此極端的速度，是活動星系核（AGN）的“典型特征”。

所謂AGN，指的是在一些星系中，物質在星系中心的超大質量黑洞引力牽引下被加速、加熱并發光的區域。AGN總會發射出X射線以及射電波。但迄今為止，科學家并沒有從“小紅點”探測到X射線或射電波的信號。

在新的研究中，研究人員利用JWST對氫發射線Hα（波長656.28納米）的觀測，對12個“小紅點”的譜線形狀進行了分析。結果顯示，JWST觀測到的Hα光譜與一種情形相一致：一個極高亮度的中心光源，被致密的電離氣體云所包圍。在樣本中，最亮光源的總光度相當于超過2500億個太陽的光度，而其這些光源的尺度只有不到0.1秒差距，遠遠小于一個星系的尺度。

如此巨大的光度，卻集中在如此微小的空間區域，在已知物理機制中，唯一合理的解釋是超大質量黑洞的吸積過程。因此，這項研究認為，“小紅點”本質上對應的是處在快速生長早期階段、被致密電離氣體“繭”包裹的年輕超大質量黑洞吸積系統。

“小紅點”其實是被一層致密氣體“繭”包裹的年輕的超大質量黑洞，并正在吸積其中的物質不斷成長。吸積過程會釋放出巨大的能量，這些輻射穿透氣體繭射出，使“小紅點”呈現出獨特的紅色。（圖/JWST / Darach Watson）

有意思的是，在天文學中，“年輕”通常與藍色聯系在一起，因為年輕恒星燃燒熾熱、呈現藍色。但這次，研究人員發現的這些最年輕的超大質量黑洞卻是紅色的。

快速成長的黑洞

目前已知的小紅點已有數百個，它們的質量可高達太陽的1000萬倍，直徑可達1000萬千米。

研究人員表示，這項研究讓他們捕捉到了這些年輕超大質量黑洞正處在快速增長過程中的狀態，這是此前從未觀測到的階段。

這為黑洞的早期發展帶來了新的認識，并在一定程度上回答了一個問題：為何在大爆炸之后僅僅7億年，宇宙中就已經出現了質量高達太陽10億倍的超大質量黑洞。

#參考來源：

https://news.ku.dk/all_news/2026/01/copenhagen-researchers-make-the-front-page-of-nature-solving-the-mystery-of-the-universes-little-red-dots/

https://www.nature.com/articles/d41586-025-04089-y

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09900-4

#圖片來源：

封面圖&首圖：JWST/Darach Watson