【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所和物理學(xué)院江林華教授團(tuán)隊(duì)利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡(JWST)等多波段觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了兩個宇宙早期“小紅點(diǎn)”天體正在向典型的活動星系核或類星體轉(zhuǎn)變(圖1)。該發(fā)現(xiàn)首次為小紅點(diǎn)的演化命運(yùn)提供了直接觀測線索，表明至少部分小紅點(diǎn)是超大質(zhì)量黑洞快速成長過程中的早期短暫階段。相關(guān)研究成果以“The discovery of two little red dots in transition into quasars”為題，于2026年9月16日正式發(fā)表于《自然?天文》(Nature Astronomy)期刊，博士研究生傅淑琦和張子鍵為論文共同第一作者。
 

　　類星體是宇宙中最明亮的天體之一，它們的能量來自星系中心正在吞噬周圍物質(zhì)的超大質(zhì)量黑洞，即活動星系核。當(dāng)大量氣體落入黑洞附近時，會釋放出強(qiáng)烈的輻射，使類星體在百億光年之外仍然能夠被觀測到。作為最明亮的活動星系核，類星體還會通過輻射、外流和噴流影響宿主星系的形成與演化。然而，一個長期問題仍未解決：這些巨大黑洞最初是如何快速成長起來的？
 

　　近年來，JWST發(fā)現(xiàn)了一類新的致密紅色天體，因其在圖像中通常非常致密而偏紅，被稱為小紅點(diǎn)(little red dots)。它們的光譜能量分布呈現(xiàn)獨(dú)特的V字形，即紫外波段偏藍(lán)而光學(xué)波段很紅。許多小紅點(diǎn)還具有很寬的氫原子發(fā)射線，表明其核區(qū)存在高速運(yùn)動的電離氣體，這暗示其中心可能存在快速吸積的超大質(zhì)量黑洞。奇怪的是，絕大多數(shù)小紅點(diǎn)缺少典型活動星系核應(yīng)有的強(qiáng)X射線、射電和紅外輻射。換句話說，它們看起來像是正在成長的黑洞，卻又不像普通類星體那樣完全顯露。因此，小紅點(diǎn)究竟是什么？它們是否會演化為普通活動星系核或類星體？這些問題一直存在爭議。
 

　　為了尋找答案，江林華團(tuán)隊(duì)基于JWST在COSMOS深場天區(qū)的多波段圖像和光學(xué)形態(tài)構(gòu)建了小紅點(diǎn)天體樣本，并將樣本與錢德拉COSMOS巡天X射線源表進(jìn)行交叉匹配，發(fā)現(xiàn)了兩個非常特殊的小紅點(diǎn)，命名為Forge I和Forge II。這兩個天體位于紅移2.871和2.930處，也就是說，我們看到的是它們在約110億年前的狀態(tài)。它們都符合小紅點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)定義：明顯的V形光譜能量分布(圖2a)，緊致的光學(xué)形態(tài)(圖2b)，線寬達(dá)到每秒數(shù)千公里寬的發(fā)射線和獨(dú)特的吸收線等(圖2c)。與普通小紅點(diǎn)不同的是，F(xiàn)orges同時表現(xiàn)出強(qiáng)烈的X射線、射電和中紅外輻射。這些信號正是典型活動星系核和類星體的重要標(biāo)志。
 

　　團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用JWST/NIRCam F444W無縫光譜研究兩個天體的譜線性質(zhì)。光譜顯示出的He I、Paγ和O I發(fā)射線線寬達(dá)到每秒數(shù)千公里，證實(shí)其中心存在活動星系核。基于Paschen發(fā)射線寬度和1微米連續(xù)譜光度，團(tuán)隊(duì)估算出Forge I和Forge II的中心黑洞質(zhì)量分別約為3.7億倍和8.2億倍太陽質(zhì)量，已經(jīng)達(dá)到類星體級別(圖2d)。兩個天體還顯示出復(fù)雜的氣體運(yùn)動。它們的光譜中存在很強(qiáng)的He I吸收線，可能表明氣體正在向黑洞附近回落，而Forge II中還可能存在藍(lán)移的Paδ吸收線，暗示部分氣體正在向外流出(圖2c)。這些說明黑洞周圍的氣體環(huán)境并非平靜結(jié)構(gòu)，而是處在快速變化的過渡狀態(tài)。
 

　　多波段圖像分解和光譜能量分布建模進(jìn)一步揭示了這一過渡圖像。研究發(fā)現(xiàn)，兩個天體在紫外波段仍主要由宿主星系或擴(kuò)展星云成分貢獻(xiàn)，但在光學(xué)到近紅外波段逐漸由中心點(diǎn)源主導(dǎo)。它們還具有顯著的中紅外輻射，可能來自正在形成的熱塵埃環(huán)。目前認(rèn)為普通小紅點(diǎn)可能是被高密度氣體包裹的快速成長黑洞。在這一階段，致密氣體包層會吸收或阻擋大量高能輻射，使X射線、射電和中紅外信號難以逃逸。而Forge I和Forge II的特征則表明它們可能正處在包層逐漸消散的階段。隨著中心黑洞逐漸吸積和反饋，其質(zhì)量快速增長，而周圍的氣體包層開始變得多孔或被清除，X射線和射電輻射得以逃逸，同時外圍的熱塵埃結(jié)構(gòu)開始形成。
 

　　在COSMOS天區(qū)中，團(tuán)隊(duì)共發(fā)現(xiàn)7個紅移3左右、具有寬發(fā)射線的小紅點(diǎn)，其中只有Forge I和Forge II表現(xiàn)出這種過渡特征。通過比較過渡天體與類似紅移全部小紅點(diǎn)的數(shù)密度，團(tuán)隊(duì)估計(jì)這一過渡階段可能只占小紅點(diǎn)生命周期的約6%。說明該階段非常短暫，也解釋了為何過去很難直接捕捉到此類天體。
 

　　以上結(jié)果為小紅點(diǎn)如何演化提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)，表明至少部分小紅點(diǎn)是超大質(zhì)量黑洞成長過程中的早期階段，同時也表明小紅點(diǎn)本質(zhì)上由快速吸積的超大質(zhì)量黑洞所驅(qū)動。
 

　　該研究得到國家自然科學(xué)基金委等單位的資助。
 

　　引用：物理學(xué)院江林華教授團(tuán)隊(duì)揭示宇宙早期“小紅點(diǎn)”天體的超大質(zhì)量黑洞本質(zhì)-北京大學(xué)【引用時間：2026年9月22日】