神秘的"小红点"有望揭示首批黑洞如何形成

在发表在天体物理学杂志通讯上的这项研究中，作者法比奥·帕库奇和亚伯拉罕（阿维）·勒布提出，这些星系是自旋非常缓慢的暗物质晕的结果，这是一种极其罕见的宇宙结构。

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：低自旋晕解释小红点的丰度、致密性和红移演化》为这些点的独特性质提供了一种物理解释。

“小红点是非常致密且红色的遥远星系，在詹姆斯·韦伯太空望远镜之前完全未被探测到，”帕库奇说。“它们是迄今为止JWST最令人惊讶的发现。我们的工作表明，这些可以在自旋非常低的暗物质晕中自然形成。”

早期宇宙的一个谜团

帕库奇说，这些星系主要在宇宙仅十亿岁时可见，但可能形成得要早得多，在一个被称为宇宙黎明的时期。尽管只有典型星系的十分之一大小，天文观测显示它们异常明亮。天文学家认为，它们显著的红色表明它们被尘埃笼罩或充满了较老的恒星。

多年来，天文学家一直在争论我们从这些天体观察到的光是由恒星产生的，还是由中心的超大质量黑洞产生的。

“这是一个根本性的谜团，”帕库奇说。“如果它们含有黑洞，对于那些小星系来说，那些黑洞是巨大的。但如果它们只含有恒星，这些星系太致密而不能容纳所有恒星，达到的中央恒星密度是难以想象的。”

帕库奇和勒布没有专注于是什么为这些发光点提供能量，而是采取了一种不同的方法：他们研究了这些天体最初是如何形成的。

低自旋循环

暗物质晕是星系形成所围绕的不可见、旋转的支架。在他们的论文中，作者表明，这些发光点形成于自旋分布最低1%的晕中。换句话说，99%的所有晕自旋都比这些快。这些低自旋晕自然会形成极其致密的星系。就像嘉年华中的秋千一样，晕自旋越快，秋千伸展得越远，导致在其中心形成的星系膨胀；同样，慢速自旋使秋千的半径更小。

这一假说还解释了为什么发光点相对罕见：它们仅占典型星系丰度的1%，但比类星体更常见，类星体是一些星系中心发光的极端明亮的超大质量黑洞中心。

此外，该理论有助于澄清为什么发光点仅在早期宇宙中短暂的十亿年时期内被观察到。随着宇宙演化，暗物质晕变得更大并获得更多角动量，使得形成致密的、低自旋星系更加困难。

“暗物质晕的特征是旋转速度：其中一些自旋非常慢，而另一些自旋更快，”勒布说。“我们表明，如果你假设小红点典型处于暗物质晕自旋分布的第一个百分位数，那么你就可以解释它们的所有观测性质。”

黑洞的主要环境

虽然该论文没有解决小红点是由恒星还是黑洞提供能量的问题，但它表明它们是快速恒星或黑洞增长的主要环境。

“低自旋晕倾向于将质量集中在中心，这使得黑洞更容易吸积物质或恒星快速形成，”帕库奇说。

其中一些点在其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射线发射。帕库奇正在领导新项目以更好地理解这些奇特天体物理源的性质。例如，发现类似的附近星系将阐明它们在太空中演化成什么。

“我们的工作是理解这些神秘天体的一步，”他说。“它们可能帮助我们理解第一批黑洞是如何形成的，以及它们如何在早期宇宙中与星系共同演化。”