在NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）開始科學(xué)運(yùn)作后不久，天文學(xué)家在數(shù)據(jù)中遇到了一個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)：散布在遙遠(yuǎn)的早期宇宙中的紅色小天體。 這些引人入勝的現(xiàn)象現(xiàn)在被稱為"小紅點(diǎn)"（LRDs），但人們對(duì)它們的了解仍然很少，它們提出了新的問題，并啟發(fā)了關(guān)于宇宙雛形形成過程的新理論。

天文學(xué)家收集了大量不同尋常的天體樣本，試圖將它們與早期宇宙聯(lián)系起來。通過分析公開的韋伯?dāng)?shù)據(jù)，一個(gè)天文學(xué)家小組最近匯編了迄今為止最大的LRD樣本之一。 據(jù)信，幾乎所有這些天體都存在于大爆炸后的最初 15 億年內(nèi)。 研究人員得出結(jié)論說，這些低地球軌道碎片中有很大一部分很可能是在其中心承載著不斷增長(zhǎng)的黑洞的星系。

一組天文學(xué)家篩選了詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）的多項(xiàng)巡天數(shù)據(jù)，整理出了迄今為止最大的"小紅點(diǎn)"（LRD）樣本之一。 該團(tuán)隊(duì)從宇宙演化早期發(fā)布科學(xué)（CEERS）巡天開始，然后將范圍擴(kuò)大到其他銀河系外遺留領(lǐng)域，包括JWST高級(jí)深河外星系巡天（JADES）和下一代深河外星系探索公眾（NGDEEP）巡天。

2022 年 12 月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）在開始執(zhí)行科學(xué)任務(wù)后不到 6 個(gè)月，就有了一個(gè)史無前例的發(fā)現(xiàn)：無數(shù)微小的紅色天體散布在天空中。 這些神秘的天體被科學(xué)家們稱為"小紅點(diǎn)"（LRD），它們數(shù)量眾多卻又令人費(fèi)解，它們獨(dú)特的顏色和起源引發(fā)了人們對(duì)早期宇宙的疑問。

現(xiàn)在，一組天文學(xué)家已經(jīng)收集了迄今為止研究過的最大規(guī)模的低地球軌道碎片，重點(diǎn)研究了大爆炸后15億年內(nèi)存在的低地球軌道碎片。 他們的研究結(jié)果表明，這些神秘的天體中有許多可能蘊(yùn)藏著不斷增長(zhǎng)的超大質(zhì)量黑洞。

"韋伯發(fā)現(xiàn)的這一新天體群讓我們感到困惑。 我們?cè)诟偷募t移下看不到它們的類似物，這就是為什么我們?cè)陧f伯發(fā)現(xiàn)它們之前沒有看到它們的原因，"該研究的第一作者、緬因州沃特維爾科爾比學(xué)院的戴爾-科切夫斯基（Dale Kocevski）說。"我們正在做大量的工作，試圖確定這些小紅點(diǎn)的性質(zhì)，以及它們的光是否由吸積黑洞主導(dǎo)。"

研究小組之所以能獲得大量 LRDs 樣本，一個(gè)重要原因是他們使用了公開的韋伯?dāng)?shù)據(jù)。 首先，研究小組在宇宙演化早期發(fā)布科學(xué)（CEERS）巡天中搜索這些紅色來源，然后將范圍擴(kuò)大到其他銀河系外遺留領(lǐng)域，包括JWST高級(jí)深河外星系巡天（JADES）和下一代深河外星系探索公共（NGDEEP）巡天。

用于識(shí)別這些天體的方法也不同于以往的研究，因此普查的紅移范圍很廣。 他們發(fā)現(xiàn)的天體分布十分有趣： LRD在宇宙大爆炸后約6億年大量出現(xiàn)，在宇宙大爆炸后約15億年數(shù)量迅速減少。

研究小組將目光投向了紅色未知星： 明亮紅外銀河系外巡天（RUBIES）的光譜數(shù)據(jù)。 他們發(fā)現(xiàn)，約有70%的目標(biāo)顯示出氣體以每小時(shí)200萬英里（每秒1000公里）的速度快速運(yùn)行的跡象--這是超大質(zhì)量黑洞周圍吸積盤的跡象。 這表明，許多低地球軌道吸積盤都是吸積黑洞，也被稱為活動(dòng)星系核（AGN）。

"最讓我興奮的是紅移分布。 德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究合著者史蒂文-芬克爾斯坦（Steven Finkelstein）說："這些真正的紅色高紅移源基本上在大爆炸后的某個(gè)時(shí)刻就停止存在了。如果它們是正在生長(zhǎng)的黑洞，而我們認(rèn)為其中至少有70%是，這就暗示了早期宇宙中黑洞生長(zhǎng)的模糊時(shí)代。"

當(dāng)?shù)洼椛涮祗w首次被發(fā)現(xiàn)時(shí)，有人認(rèn)為宇宙學(xué)已經(jīng)"崩潰"。 如果這些天體發(fā)出的所有光線都來自恒星，那就意味著有些星系長(zhǎng)得如此之大、如此之快，以至于理論無法解釋它們。

研究小組的研究支持了這樣一種觀點(diǎn)，即這些天體發(fā)出的大部分光線來自吸積黑洞，而不是恒星。 更少的恒星意味著更小、更輕的星系，可以被現(xiàn)有理論所理解。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的這項(xiàng)研究的合著者安東尼-泰勒說："這就是解決宇宙破碎問題的方法。"

探索神秘的小紅點(diǎn)

由于長(zhǎng)距紅外探測(cè)器似乎會(huì)引發(fā)更多的問題，因此仍有許多問題有待討論。 例如，為什么低紅外探測(cè)器沒有出現(xiàn)在較低的紅移位置，這仍然是一個(gè)未解之謎。 一個(gè)可能的答案是由內(nèi)而外的增長(zhǎng)： 當(dāng)星系內(nèi)的恒星形成從星系核向外擴(kuò)展時(shí)，吸積黑洞附近的超新星沉積的氣體就會(huì)減少，黑洞被遮擋的程度也會(huì)降低。 在這種情況下，黑洞脫去了氣體繭，變得更藍(lán)，不那么紅了，也就失去了低輻射狀態(tài)。

此外，LRD 在 X 射線光下并不明亮，這與大多數(shù)紅移較低的黑洞形成鮮明對(duì)比。 不過，天文學(xué)家知道，在某些氣體密度下，X 射線光子會(huì)被捕獲，從而減少 X 射線輻射量。 因此，LRD 的這種質(zhì)量可以支持這些黑洞被嚴(yán)重遮擋的理論。

研究小組正在采取多種方法來了解低視角黑洞的性質(zhì)，包括研究樣本的中紅外特性，以及廣泛尋找吸積黑洞，觀察有多少黑洞符合低視角黑洞的標(biāo)準(zhǔn)。 獲得更深層次的光譜和選擇性的后續(xù)觀測(cè)也將有利于解決目前關(guān)于"長(zhǎng)三角"的這一"懸案"。

科切夫斯基說："總有兩種或兩種以上的潛在方法來解釋小紅點(diǎn)的混雜特性。這是模型和觀測(cè)之間的持續(xù)交流，在兩者之間的一致性和沖突性之間找到平衡點(diǎn)。"

這些結(jié)果在馬里蘭州國(guó)家港舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)第245次會(huì)議的新聞發(fā)布會(huì)上公布，并已被《天體物理學(xué)雜志》接受發(fā)表。

詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）是有史以來最先進(jìn)的太空科學(xué)觀測(cè)站，旨在以前所未有的細(xì)節(jié)探索宇宙。 詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）牽頭、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）參與的全球合作項(xiàng)目運(yùn)行，它正在解決人類最大的一些問題。 它研究太陽系內(nèi)的奧秘，考察遙遠(yuǎn)的系外行星，并調(diào)查宇宙的起源和結(jié)構(gòu)。