閃著紅光的外星人監(jiān)視器？

韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的小紅點(diǎn)星系讓科學(xué)家感到困惑。這些誕生于宇宙極早期的星系，其亮度與質(zhì)量遠(yuǎn)超理論預(yù)期。而最新研究讓這個謎團(tuán)變得更加撲朔迷離。

Matthee et al. / The Astrophysical Journal

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在觀測早期宇宙星系時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個神秘現(xiàn)象。它發(fā)現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的宇宙中，也就是在遙遠(yuǎn)的過去，宇宙中存在著許多看上去像小紅點(diǎn)的東西。此前的推測是，這些小紅點(diǎn)是中心擁有超大質(zhì)量黑洞的活躍星系。然而最新的觀測卻發(fā)現(xiàn)，這些小紅點(diǎn)不會產(chǎn)生X射線，而X射線是活躍星系的標(biāo)志性特征，因此此前的推論不成立。

此前人們認(rèn)為，這些小紅點(diǎn)是形成于宇宙大爆炸后大約6億年時(shí)的小型星系。到目前為止，韋伯已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少300個這樣的小紅點(diǎn)星系（LRD）。但它們作為星系，身上卻存在著許多的謎。根據(jù)它們的亮度，研究人員測算出它們的質(zhì)量和恒星數(shù)量遠(yuǎn)超理論預(yù)期：根據(jù)現(xiàn)有的理論模型，早期宇宙根本沒有足夠時(shí)間讓它們發(fā)展到如此規(guī)模。

隨后研究人員又猜想，它們可能擁有所謂的活躍星系核（AGN），因?yàn)榛钴S星系核理論也可以解釋它們?yōu)槭裁慈绱嗣髁?。這樣一來，它們就不必?fù)碛心敲创蟮馁|(zhì)量和那么多的恒星，因此也就不會與現(xiàn)有的星系演化模型相矛盾。

但是不幸的是，這又產(chǎn)生了另一個問題?；钴S星系核周圍的吸積盤受熱后，都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的X射線，這是它們的一個標(biāo)志性特征。而哈佛史密森天體物理研究中心的科學(xué)家近日在《天體物理學(xué)雜志》上刊文稱，幾乎所有小紅點(diǎn)星系都不產(chǎn)生X射線。

研究人員稱，小紅點(diǎn)星系的一個關(guān)鍵的特性，就是它們不產(chǎn)生X射線。除了極個別的孤例，無論是單一的，還是堆疊的目標(biāo)，都沒有探測到，或只探測到了極度微弱、沒有可信度的信號。

而缺乏X射線信號，直接導(dǎo)致人們對小紅點(diǎn)星系本質(zhì)的認(rèn)識發(fā)生了顛覆性的改變。沒有X射線，它們就不可能擁有帶吸積盤的活躍星系核；沒有吸積盤，小紅點(diǎn)極高的亮度就不可能源自超大質(zhì)量黑洞；不來自超大質(zhì)量黑洞，那么就只可能來自恒星；只可能來自恒星，那么我們又只能去嘗試解釋為何早期星系會在如此短的時(shí)間內(nèi)獲得如此大的質(zhì)量，擁有如此多的恒星……而這在現(xiàn)有理論的框架內(nèi)根本解釋不通。

一些科學(xué)家想要另辟蹊徑。他們堅(jiān)信小紅點(diǎn)的中心有超大質(zhì)量黑洞，與眾不同的是，這些黑洞吸積盤的吸積率處于“超愛丁頓吸積”狀態(tài)。

超大質(zhì)量黑洞的吸積過程受到“愛丁頓極限”的制約。“愛丁頓極限”是天體物理學(xué)中的一個基本概念，當(dāng)天體向外的輻射壓與向的引力達(dá)到平衡后，吸積率就會達(dá)到上限，亮度也會達(dá)到上限。如果這兩個力之中有一個過于強(qiáng)大，天體要么會拋出它的外層，要么就會停止進(jìn)一步吸積。

“愛丁頓極限”會限制超大質(zhì)量黑洞繼續(xù)變大。為了解釋這些黑洞為何會在早期宇宙就變得這么大，這些科學(xué)家認(rèn)為這些小紅點(diǎn)星系可能會在一段時(shí)間內(nèi)處于所謂的“超愛丁頓吸積”狀態(tài)。處于該種狀態(tài)的黑洞會繼續(xù)吸積過程，表現(xiàn)得極度明亮，而同時(shí)又缺乏X射線的產(chǎn)生。

研究人員稱，鑒于韋伯的光譜數(shù)據(jù)已排除了這些黑洞被高度遮蔽這一最自然的解釋，而許多學(xué)者認(rèn)為探測不到小紅點(diǎn)星系發(fā)出的X射線是因?yàn)槿鮔射線是“超愛丁頓吸積”的固有特征，他們通過疊加錢德拉深空場南天區(qū)55個小紅點(diǎn)星系合計(jì)曝光時(shí)間近4億秒的X射線數(shù)據(jù)，對該假說進(jìn)行了驗(yàn)證。

處于“超愛丁頓吸積”狀態(tài)的黑洞實(shí)際上也會產(chǎn)生X射線。但是這些光子會被困在吸積流中。它們會被外流物質(zhì)和星際風(fēng)吸收或散射，或被黑洞周圍的物質(zhì)殼遮蔽。因此它們產(chǎn)生的是低能的軟X射線。但4億秒的X射線疊加觀測足以探測到它們。

然而他們依然一無所獲。

研究人員表示，盡管X射線圖像的疊加達(dá)到了前所未有的深度，他們依然未能檢測到有效信號。所得上限數(shù)值足以推翻現(xiàn)行的“超愛丁頓吸積”模型，僅符合極端程度的遮蔽效應(yīng)。基于這些小紅點(diǎn)星系缺乏X射線信號的事實(shí)，現(xiàn)在只剩下一種合理解釋：我們可能嚴(yán)重高估了這些星系中心的黑洞質(zhì)量和亮度。而這意味著可能又要推翻之前的所有結(jié)論……

所以這些宇宙邊緣的小紅點(diǎn)究竟是什么呢？至少它們不會是閃著紅光的外星人監(jiān)視器吧。

錢德拉深空場南天區(qū)圖像中的55個小紅點(diǎn)星系。這個寬廣的波段，涵蓋了軟X射線和部分硬X射線，本應(yīng)能夠捕捉到相應(yīng)信號，但人們卻依然一無所獲。

Sacchi / Bogdan / The Astrophysical Journal

參考 Chandra Rules Out Super-Eddington Accretion For Little Red Dots https://arxiv.org/abs/2505.09669