天文学家在时间的边缘发现了“小红点”——它们可能是宇宙的第一个黑洞

在 JWST 的几次深空巡天中看到的小红点图像。图片来源：uux.cn/ASA/ESA/CSA/STScI/Dale Kocevski（科尔比学院）

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：当詹姆斯·韦伯太空望远镜 （JWST） 于 2022 年向宇宙打开金色镜子时，人类对宇宙的看法永远改变了。韦伯的建造是为了比之前的任何望远镜更深入地观察时间和空间，它开始揭示来自大爆炸后仅数亿年诞生的星系的光。它最早的惊喜之一是天文学家没有完全预料到的事情：微小的、发光的“小红点”散布在深邃的宇宙场中——神秘、紧凑的光源，难以简单解释。

在肉眼看来——或者更确切地说，在韦伯的红外视觉看来——这些点看起来就像在黑暗的太空中闪闪发光的微弱红宝石。然而，它们的颜色和紧凑性暗示着一些非凡的东西。在宇宙还只是蹒跚学步的时代，这些微小的红色星系在做什么？为什么它们看起来如此密集、如此红色、如此神秘？

这些问题引发了现代天文学中最引人入胜的争论之一，答案可能会改写我们对星系、恒星甚至超大质量黑洞诞生的理解。

2022 年 12 月，韦伯的深场观测揭示了多个致密的红移天体——现在被称为小红点 （LRD）。颜色不是幻觉。这些星系在宇宙只有几亿年的历史时就存在了，由于它们的光已经传播了 130 多亿年才到达我们，宇宙膨胀将其拉伸到红外光谱的深红色端。

韦伯图像显示了它在第 1 周期一般观测期间检测到的早期星系。图片来源：uux.cn/NASA/ESA/CSA

但仅靠红移不足以解释 LRD 的深红色光芒。天文学家很快意识到，即使在考虑了距离之后，这些星系也异常红色。这种红色暗示着吸收蓝光的大量星际尘埃，或者强大的内部过程，例如为黑洞提供能量所释放的能量。

两个相互竞争的想法很快出现：一种提出 LRD 只是纯恒星星系——密集、尘土飞扬的恒星工厂——另一种认为它们的中心隐藏着大质量黑洞，使它们成为今天天文学家所说的活跃星系核 （AGN） 的早期版本。

每种理论都描绘了一幅截然不同的早期宇宙图景。

在辩论的一个角落里，存在着“仅恒星”的解释。根据这种观点，小红点是新生恒星紧密拥挤的星系，以至于它们的光线经过厚厚的宇宙尘埃过滤后呈现红色。这些星系将是现代尘埃星暴星系的缩小版——就像宇宙烤箱一样，燃烧着强烈的恒星形成。

如果属实，这意味着即使在宇宙历史的最早时期，大自然也能够创造出极其紧凑和高效的恒星工厂。其中一些星系的宽度可能只有一百秒差距——比当今已知最小的星系小十倍——但重量却达到数百万甚至数十亿个太阳质量。

仅这种密度就使它们变得非凡。想象一下，一个球状星团大小的星系，其中包含足以形成数亿颗恒星的物质。这些物体内部的压力、温度和引力将是非凡的。

然而，这个理论有一个问题：稳定性。氢发射线——这些星系内气体的光谱指纹——表明它们的恒星正在以极高的速度运动。随着时间的推移，如此强烈的内部运动会使这些系统不稳定，导致它们向内坍缩。

这种不稳定暗示着他们的核心潜伏着其他东西。

进入第二种理论：MBH 和星系解释。在这里，“MBH”代表大质量黑洞。这个想法提出，小红点不仅仅是充满恒星的星系，而且是活跃星系核的早期形式——这些年轻的星系，其中心黑洞已经在生长，以气体和尘埃为食，并释放出巨大的能量。

这方面的明显证据来自 LRD 的光谱特征。许多显示出宽的氢发射线（称为巴尔默线），这是气体在黑洞周围以极快速度旋转的特征。在现代星系中，这种现象是类星体和其他活跃原子核的典型现象。

然而，这种解释也有其奥秘。与类星体不同，大多数 LRD 不会发射强 X 射线——这是为黑洞提供食物的标志。与宿主星系相比，它们需要容纳的黑洞似乎异常大——高达总质量的 10%，而在银河系等星系中观察到的黑洞仅为 0.1%。

如此大的黑洞会在宇宙中这么早就存在吗？如果是这样，它们是如何如此迅速地形成的？

自韦伯首次观测以来，这些问题一直困扰着天文学家。但最近的研究可能在这两种理论之间找到了一座桥梁——一个优雅的解决方案，表明纯恒星模型和黑洞模型不是竞争对手，而是进化故事中的伙伴。

在智利大学安德烈斯·埃斯卡拉教授领导的一项国际天文学家团队最近领导的一项研究中，一个国际天文学家团队提出，小红点并不是从黑洞宿主开始的。相反，它们最初是纯粹的恒星系统——超致密星系以惊人的速度形成恒星。随着时间的推移，它们核心的极端密度导致一些恒星物质坍缩，从而产生了超大质量黑洞 （SMBH） 的种子。

他们的论文《论小红点的命运》目前正在为《天体物理学杂志》撰稿，该论文表明，这两种主要解释并不矛盾，而是连续的。我们通过韦伯观察到的 LRD 可能代表了一个过渡阶段——星系正在从紧凑的、充满恒星的系统演化为具有强大中心黑洞的星系。

根据 Escala 和他的同事的说法，大多数 LRD 缺乏 X 射线发射是他们年轻的一个线索。它们内部形成的黑洞仍然太小或太被尘埃笼罩，无法发射可检测到的 X 射线。随着宇宙时间的流逝，这些胚胎黑洞会生长，最终成为宇宙后期出现的明亮 AGN 和类星体。

该理论为 LRD 的稀有性提供了自然的解释。它们似乎只存在于红移 z = 8 和 z = 4 之间——大约在宇宙的前十亿年。之后，它们演变成更大的系统，合并并成熟成我们今天所认识的星系类型。

如果埃斯卡拉的解释成立，它可能会深刻地重塑我们对星系形成的理解。几十年来，天文学家一直在努力解决一个核心谜题：宇宙的超大质量黑洞从何而来？

这些宇宙巨行星比太阳重数百万甚至数十亿倍，似乎存在于几乎所有大质量星系的中心。但在大爆炸后不到十亿年的时间里形成如此巨大的天体似乎总是不太可能的——除非它们的“种子”黑洞诞生于极端环境中。

小红点可能就是这些环境。

在它们超致密的核心内，引力可能足够强大，足以引发失控坍缩，大质量恒星团合并并内爆成黑洞。随着时间的推移，这些黑洞会合并，以周围的气体为食，最终达到超大质量的比例。

从这个角度来看，小红点可能不仅仅是奇闻异事——它们可能是第一个超大质量黑洞的宇宙摇篮。

小红点的故事之所以如此引人入胜，不仅在于它们的神秘性，还在于它们揭示了发现本身的本质。JWST 是人类最强大的宇宙之眼，旨在回答有关我们起源的长期问题。相反，它给了我们新的问题——挑战我们对宇宙如何运作的假设的问题。

关于 LRD 真实性质的争论提醒我们，科学不是事实的集合，而是一个活生生的过程——证据与想象力之间的对话。韦伯图像中的每个红点都代表着一个数十亿年前用光写的故事，一个我们现在才开始阅读的故事。

无论这些点最终是恒星苗圃、黑洞的发源地，还是完全出乎意料的东西，它们都低声诉说着同一个事实：宇宙的创造力远比我们想象的要大。

随着詹姆斯·韦伯太空望远镜继续深入探测宇宙黎明，天文学家将利用一切可用的工具——红外线、X 射线和射电天文台——来揭开小红点的神秘面纱。每一条新数据都将使我们更接近于了解星系和黑洞在创造后的最初十亿年里是如何一起生长的。

未来的任务，如南希·格蕾丝罗马太空望远镜和下一代 X 射线天文台，将补充韦伯的发现，帮助天文学家确定这些微弱的红点是否真正标志着黑洞形成的开始，或者它们是否代表了宇宙演化中一个新的、难以想象的阶段。

无论结果如何，有一件事是肯定的：小红点已经改变了我们看待早期宇宙的方式。它们是来自时间边缘的微小灯塔，提醒我们，即使在最微弱的古老光芒中，也隐藏着一个关于创造、转变和无限奇迹的故事。

最终，小红点的谜团不仅仅是一个科学谜题，更是人类无尽好奇心的象征。韦伯的每一个发现，它提出的每一个问题，都把我们拉入了存在的宏大叙事中。

从某种意义上说，我们是宇宙在研究自己——星光变成了意识，回顾了 130 亿年，看到了它自己的开始。也许这是最美丽的启示：在那些在时间边缘发出柔和光芒的微小红点中，我们不仅瞥见了星系的诞生，而且看到了我们自己宇宙故事的反映。

更多信息：Andres Escala 等人，论小红点的命运，arXiv （2025）。DOI：10.48550/arxiv.2509.20453