揭宇宙“小紅點”之謎

疊加後“小紅點”的展源輻射圖

丁旭恆（右一）與研

究團隊合照

揭宇宙“小紅點”之謎

宇宙已走過約一百三十八億年。詹姆斯 · 韋伯空間望遠鏡(JWST)升空後，天文學家在宇宙誕生後不到十億年的“嬰兒期”，發現了一批尺寸小、顏色紅、結構緻密的神秘天體，被稱為“小紅點”。讓天文學家費解的是，許多“小紅點”的光譜中出現了異常寬的氫發射線，暗示它們中心很可能藏着正在快速吸積的超大質量黑洞，這些神秘的“小紅點”究竟是甚麼？中國武漢大學物理科學與技術學院天文系教授丁旭恒團隊通過分析二百一十七個“小紅點”，在其明亮的中心點源之外，探測到了此前難以看見的微弱延展光，並首次在統計意義上揭示出它們的緻密宿主星系。

當時，國際上許多關於“小紅點”的研究都把目光集中在光譜上，希望從一道道譜線中尋找中心黑洞及其活動的線索。長期從事星系演化和觀測天體物理研究的丁旭恒，卻更關心另一個問題：如果“小紅點”中心真的藏着正在快速成長的超大質量黑洞，那麼承載黑洞的宿主星系在哪裡？為甚麼一直沒有被看見？於是，他們沒有繼續追着中心亮點“看光譜”，而是轉向JWST圖像，試圖尋找那些可能被中心強光淹沒的宿主星系結構。

研究團隊指出，“小紅點”在單幅圖像上幾乎就是一個點，即使擬合併扣掉中心點源，周邊可能存在的宿主星系也太暗，很容易和背景雜訊混在一起。針對單個目標，用不同模型甚至可能得到不同答案。

“既然一個看不清，就看一群。”丁旭恆表示。研究團隊從“COSMOS-Web”天區篩選出二百一十七個“小紅點”，逐一扣除中心點源，再把殘差圖對齊中心後疊加。當所有圖像彙聚在一起，隨機雜訊逐漸退去，原本淹沒其中的微弱星系光開始顯現。

二○二四年下半年，一圈環狀微光從雜訊中浮現，這並不意味着“小紅點”周圍真的存在一個光環，而是一個重要的統計信號：如果這些天體真的只是單一點源，扣除中心點源後就不應該留下這樣的結構。環狀殘光的出現表明，其周邊還存在此前難以看見的延展光。為了確認這圈光不是影像處理造成的假像，研究團隊更換點擴散函數、並用不同方法和樣本反覆驗證。

隨後，研究團隊將JWST近紅外相機四個波段的光度聯合起來進行光譜能量分佈擬合，並與氣體輻射模型比較。結果顯示，周邊微光主要來自恆星的解釋更符合觀測，由此為“小紅點”存在宿主星系提供了直接證據。進一步測量發現，這些宿主星系平均恒星質量約為十億個太陽質量，在光學波段有效半徑約七百光年。這為理解“小紅點”增加了一個重要的新約束。

丁旭恆表示，“小紅點”仍有許多謎團等待回答。他們就像“宇宙考古學家”，從跨越百億年而來的微弱光芒中尋找證據，試圖還原早期宇宙中黑洞和星系究竟如何一步步長成今天的模樣。

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