韋布望遠鏡發現的小紅點位置出現X射線信號，佐證黑洞恒星假說

IT之家 4 月 30 日消息，詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）此前發現了若干神秘的“小紅點”，科學家在其中一個紅點所在位置探測到了 X 射線信號。這一發現進一步佐證了一種理論：這些紅點屬于黑洞恒星 —— 由巨大且致密的氣體團構成，其內部不斷成長的超大質量黑洞為整個氣體團提供能量。

據IT之家了解，小紅點或許是韋布望遠鏡迄今為止取得的最重大宇宙學發現，也可能是 1998 年暗能量被發現以來，天文學界最重要的發現。若天文學家對其本質的判斷屬實，它們將成為一道關鍵的缺失演化環節，助力解開超大質量黑洞及其周邊星系的形成之謎。

科研人員將韋布望遠鏡對一片包含小紅點空域的觀測數據，與美國國家航空航天局錢德拉 X 射線天文臺對同一片空域的存檔觀測數據進行比對后，發現了這處全新的 X 射線輻射源。

普林斯頓大學天文學家安迪?古爾丁在聲明中表示：“這處 X 射線輻射源早已出現在錢德拉天文臺十多年的巡天數據里，但在韋布望遠鏡觀測這片天區之前，我們完全沒意識到它的非凡價值。”

錢德拉天文臺已在宇宙中識別出數百萬個 X 射線源，而編號為 3DHST-AEGIS-12014 的這處輻射源（AEGIS 指全波長延伸格羅特帶國際巡天項目），其特殊意義直到被發現與韋布望遠鏡觀測到的一顆小紅點位置完全重合后，才得以顯現。該 X 射線源的能量級別與類星體相近；類星體是中心存在極端活躍黑洞的星系，通常由星系并合攪動星際氣體，促使物質向黑洞墜落而形成。

小紅點結構致密，直徑最大僅數百光年；同時色澤偏紅，意味著整體溫度偏低。哈佛大學安娜?德赫拉夫牽頭的一項最新研究，在小紅點中探測到了水汽，而水汽的存在也印證了其低溫特征：溫度介于 3092 至 6692 華氏度（1700 至 3700 攝氏度）之間。這個溫度對人類而言看似極高，實則低于太陽，也低于絕大多數恒星（僅比質量最小的紅矮星更溫熱）。

此外，小紅點距離地球極其遙遠，經測算其存在于 120 億年前，甚至更為久遠。哈勃空間望遠鏡對 3DHST-AEGIS-12014 的光度測量顯示，我們如今觀測到的這一神秘天體，呈現的是它 118 億年前的樣貌。

小紅點的發現，還有望達成韋布望遠鏡的核心科學目標之一：追溯超大質量黑洞及其宿主星系的起源與演化歷程。

超大質量黑洞的誕生機制，一直是困擾天文學家的未解之謎。一種猜想是自下而上形成：超新星爆發產生的恒星級小型黑洞，不斷相互合并，最終成長為超大質量黑洞；另一種猜想是自上而下形成：由質量相當于太陽數十萬倍乃至數百萬倍的巨型氣體云直接坍縮而成。

學界目前認為，小紅點是包裹著新生超大質量黑洞的巨型氣體云，黑洞從氣體云內部不斷吞噬物質、由內向外蠶食整個氣團。黑洞周圍旋轉的物質釋放出熱量與能量，再加上帶電粒子沿磁場準直噴流掙脫黑洞引力束縛，使得整片氣體云發出光亮。

盡管小紅點尚不能作為超大質量黑洞自上而下形成的絕對定論，但已為此觀點提供了強有力的支撐。而錢德拉天文臺的最新發現，進一步夯實了這一假說。

德國馬克斯?普朗克天文研究所的拉斐爾?維丁是本次發現相關科研論文的第一作者，他表示：“多年來，天文學家一直試圖破解小紅點的本質�？梢赃@么說，這單個 X 射線天體，或將幫我們串聯起所有相關線索�！�

若維丁團隊的研究結論成立，這將是首個被探測到釋放 X 射線的小紅點。普通處于成長階段的超大質量黑洞（如類星體中心黑洞），會因墜落物質被加熱至數百萬攝氏度而輻射 X 射線。但普通小紅點外圍的氣體云會阻擋 X 射線，使其無法逃逸至宇宙空間，因此通常情況下，我們觀測不到小紅點的 X 射線輻射。這也讓 3DHST-AEGIS-12014 顯得格外特殊。

德赫拉夫稱：“找到這顆與眾不同的小紅點，為我們探究其能量來源提供了全新的重要線索�！�

為何我們能觀測到 3DHST-AEGIS-12014 釋放的 X 射線？學界提出一種過渡天體假說：它正處于演化中間階段，一端是誕生于小紅點內部的超大質量黑洞，另一端是活躍星系中心不斷壯大、無氣體云包裹的“裸露”超大質量黑洞。在小紅點內部，黑洞由內向外吞噬氣體云，最終會在氣團上形成空洞，如同通往紅點核心與潛伏黑洞的“窗口”，X 射線便經由這些窗口向外逃逸。

此外，盡管因距離遙遠，該天體的 X 射線信號十分微弱，但錢德拉的觀測數據表明，3DHST-AEGIS-12014 的 X 射線亮度或許存在變化。原因可能是巨型氣體云持續旋轉，大小不一的輻射窗口依次轉向地球觀測視角。

目前，錢德拉發現的這處與韋布小紅點對應的 X 射線源，真實身份仍未最終敲定。有一種小眾可能性：它是被特殊高溫塵埃包裹的超大質量黑洞。但這類特殊塵埃從未在宇宙中被發現過，因此該推測可能性極低。

普林斯頓大學的劉漢普表示：“若我們證實這處 X 射線源屬于演化過渡階段的小紅點，它不僅是同類天體中的首例，更將讓人類首次窺見小紅點的核心內部結構。同時，這也將成為迄今最有力的證據，證明超大質量黑洞的成長，是部分乃至全部小紅點形成演化的核心驅動力�！�

一旦該假說得到證實，小紅點將補齊星系與超大質量黑洞形成演化拼圖中的關鍵一環，幫助天文學家厘清銀河系等星系的早期演化歷史。自埃德溫?哈勃證實銀河系外存在其他星系以來，這一直是天文學界的終極夢想之一。

該項研究成果已于今年 3 月發表在《天體物理學快報》期刊上。