【儀表網 研發(fā)快訊】北京大學科維理天文與天體物理研究所和物理學院江林華教授團隊利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡(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”天體正在向典型的活動星系核或類星體轉變(圖1)。該發(fā)現(xiàn)首次為小紅點的演化命運提供了直接觀測線索，表明至少部分小紅點是超大質量黑洞快速成長過程中的早期短暫階段。相關研究成果以“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的超大質量黑洞，即活動星系核。當大量氣體落入黑洞附近時，會釋放出強烈的輻射，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(little red dots)。它們的光譜能量分布呈現(xiàn)獨特的V字形，即紫外波段偏藍而光學波段很紅。許多小紅點還具有很寬的氫原子發(fā)射線，表明其核區(qū)存在高速運動的電離氣體，這暗示其中心可能存在快速吸積的超大質量黑洞。奇怪的是，絕大多數(shù)小紅點缺少典型活動星系核應有的強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，江林華團隊基于JWST在COSMOS深場天區(qū)的多波段圖像和光學形態(tài)構建了小紅點天體樣本，并將樣本與錢德拉COSMOS巡天X射線源表進行交叉匹配，發(fā)現(xiàn)了兩個非常特殊的小紅點，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)。它們都符合小紅點的標準定義：明顯的V形光譜能量分布(圖2a)，緊致的光學形態(tài)(圖2b)，線寬達到每秒數(shù)千公里寬的發(fā)射線和獨特的吸收線等(圖2c)。與普通小紅點不同的是，F(xiàn)orges同時表現(xiàn)出強烈的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志。
 

　　團隊進一步利用JWST/NIRCam F444W無縫光譜研究兩個天體的譜線性質。光譜顯示出的He I、Paγ和O I發(fā)射線線寬達到每秒數(shù)千公里，證實其中心存在活動星系核?；赑aschen發(fā)射線寬度和1微米連續(xù)譜光度，團隊估算出Forge I和Forge II的中心黑洞質量分別約為3.7億倍和8.2億倍太陽質量，已經達到類星體級別(圖2d)。兩個天體還顯示出復雜的氣體運動。它們的光譜中存在很強的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)境并非平靜結構，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展星云成分貢獻，但在光學到近紅外波段逐漸由中心點源主導。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)。目前認為普通小紅點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構開始形成。
 

　　在COSMOS天區(qū)中，團隊共發(fā)現(xiàn)7個紅移3左右、具有寬發(fā)射線的小紅點，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的數(shù)密度，團隊估計這一過渡階段可能只占小紅點生命周期的約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。
 

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

　　該研究得到國家自然科學基金委等單位的資助。
 

　　引用：物理學院江林華教授團隊揭示宇宙早期“小紅點”天體的超大質量黑洞本質-北京大學【引用時間：2026年9月22日】