神秘“小红点”可能揭示第一代黑洞的形成方式

发表在《天体物理学杂志通讯》上的研究中，作者法比奥·帕库奇和亚伯拉罕（阿维）·勒布提出，这些星系是自转极其缓慢的暗物质晕的产物，这是一种极为罕见的宇宙结构。

这些在詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）深空图像中发现的微弱致密天体，挑战了科学家对早期宇宙中星系和黑洞如何形成的理解。

他们的论文《宇宙异常值：低自转晕轮解释小红点的丰度、致密性与红移演化》为这些红点的独特性质提供了物理解释。

"小红点是极其致密且呈红色的遥远星系，在詹姆斯·韦伯太空望远镜出现之前完全未被探测到，"帕库奇表示。"它们可以说是JWST迄今为止最令人惊讶的发现。我们的工作表明，它们可以在自转极低的暗物质晕中自然形成。"

早期宇宙的谜题

帕库奇指出，这些星系主要在宇宙仅10亿年历史时可见，但很可能形成于更早的"宇宙黎明"时期。尽管其尺寸仅为典型星系的十分之一，天文观测显示它们异常明亮。天文学家认为其醒目的红色表明它们被尘埃笼罩或充满了年老恒星。

多年来，天文学家一直在争论从这些天体观测到的光是由恒星还是中心超大质量黑洞产生。

"这是个根本性谜题，"帕库奇解释道。"如果它们含有黑洞，那么这些黑洞相对于如此小的星系而言过于庞大。但如果仅包含恒星，这些星系又过于致密而无法容纳所有恒星，其中心恒星密度达到了难以想象的程度。"

帕库奇和勒布并未聚焦于发光红点的能量来源，而是采取了不同方法：他们探究了这类天体最初是如何形成的。

低自转循环

暗物质晕是星系形成所围绕的隐形自转框架。作者在论文中证明，发光红点形成于自转速度处于分布最低1%区间的晕轮中。换言之，99%的晕轮自转速度都高于这些结构。这些低自转晕轮会自然形成极端致密的星系。就像嘉年华的旋转飞椅——晕轮自转越快，飞椅伸展范围越广，导致其中心形成的星系膨胀；反之，缓慢的自转使飞椅半径保持较小。

该假说也解释了为何发光红点相对罕见：其丰度仅为典型星系的1%，但比类星体更常见（类星体是某些星系中心发光的超大质量黑洞极端明亮的核心）。

此外，该理论有助于阐明为何发光红点仅在早期宇宙中短暂的10亿年期间被观测到。随着宇宙演化，暗物质晕体积增大并获得更多角动量，使得形成致密的低自转星系更为困难。

"暗物质晕具有旋转速度特征：其中部分自转极慢，另一些自转较快，"勒布阐述。"我们证明，若假设小红点通常处于暗物质晕自转分布的第一百分位，就能解释其所有观测特性。"

黑洞的理想环境

虽然论文未解决小红点由恒星还是黑洞供能的问题，但表明它们是恒星或黑洞快速增长的理想环境。

"低自转晕轮倾向于将质量集中在中心，这使得黑洞更易吸积物质或恒星得以快速形成，"帕库奇指出。

部分红点光谱中显示出宽发射线，这可能是活动黑洞的迹象，但它们缺乏通常与之相关的X射线辐射。帕库奇正主导新研究项目以更深入理解这些特殊天体物理源的本质。例如，在邻近区域发现类似星系将有助于明确它们在更遥远宇宙中的演化形态。

"我们的工作是理解这些神秘天体的一步，"他表示。"它们或许能帮助我们理解早期宇宙中第一批黑洞如何形成并与星系共同演化。"