宇宙深空

一個神秘“小紅點”悄然浮現(xiàn)

挑戰(zhàn)著人類認(rèn)知的邊界

詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡

捕捉到的這一奇景

其“紅”之奧秘

曾讓天文學(xué)家們費盡思量

如今，華中科技大學(xué)物理學(xué)院

天文學(xué)系吳慶文教授團隊

在《自然·天文學(xué)》發(fā)表的

一項成果

為這團宇宙深處的“紅色迷霧”

帶來了全新的解讀

讓我們得以窺見其背后

隱藏的宇宙密碼——

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡在探測宇宙深空時發(fā)現(xiàn)的一批很小的明亮紅色天體，被稱為“小紅點”。它們數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)致密、顏色極紅，不同于以前發(fā)現(xiàn)的星系，一直令天文學(xué)家費解。

詹姆斯韋布望遠(yuǎn)鏡觀測到的小紅點星系

小紅點星系極其致密，比普通星系小上千倍。類星體和小紅點可能都是超大質(zhì)量黑洞活動引起，但類星體較藍而小紅點極端偏紅。

“小紅點”為何那么紅？吳慶文團隊創(chuàng)新性地提出了解釋“小紅點”的物理機制，即星系中心超大質(zhì)量黑洞吸積盤外圍輻射波長正好落在可見光到近紅外波段，由此說明“小紅點”本身就很紅，而非星際塵埃的“紅化”效應(yīng)。

“為了解釋‘小紅點’光譜特征，傳統(tǒng)理論模型大多假設(shè)存在大量塵埃對其光線進行‘紅化’，類似晚霞和朝霞形成相關(guān)的散射原理。但現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡的精確觀測卻顯示，這些天體中塵埃含量極低，使得現(xiàn)有理論面臨挑戰(zhàn)?！眳菓c文說。

研究團隊聚焦星系中心超大質(zhì)量黑洞的吸積過程，提出在宇宙早期這些“小紅點”星系中，黑洞吸積盤的外圍區(qū)域通常處于引力不穩(wěn)定狀態(tài)，氣體在強烈的湍流作用下被有效加熱，形成了一個溫度相對較低（約2000至4000攝氏度）、處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的“外吸積盤”，輻射波長正好落在可見光到近紅外波段。而黑洞吸積盤的內(nèi)區(qū)溫度極高，可達上萬攝氏度，輻射主要集中在可見光到紫外波段。

黑洞吸積內(nèi)盤溫度上萬度，一般輻射在光學(xué)到紫外波段（類星體較藍的原因），外部準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)吸積盤溫度在2000-4000度，輻射在近紅外到光學(xué)波段（小紅點極紅的原因）。

“內(nèi)盤較藍，外盤極紅，所以看起來那么紅。由內(nèi)盤和外盤共同構(gòu)成的整體輻射，恰好形成了一個‘V’字形光譜能量分布結(jié)構(gòu)，其拐折特征與詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的實際觀測數(shù)據(jù)幾乎完全吻合?！眳菓c文解釋說。

研究結(jié)果進一步表明，宇宙早期有些質(zhì)量不大的星系可能僅中心形成了超大質(zhì)量黑洞與核區(qū)恒星團，星系大尺度恒星形成也許較弱，因此人們只看到了星系核心區(qū)域。數(shù)十億年后，隨著星系逐漸長大，核區(qū)恒星誕生和死亡形成大量塵埃，逐漸覆蓋了原黑洞外盤，從而完成“小紅點”到普通星系的過渡，這為揭示星系和黑洞早期演化提供了關(guān)鍵信息。

從“小紅點”到宇宙深處

華科人的星辰征途

永不止步——

宇宙最劇烈“焰火秀”

潮汐瓦解超新星意圖及其光變曲線演化

在星系中心黑洞的引力劇場中，天文學(xué)系博士生雷享禮發(fā)現(xiàn)：大質(zhì)量恒星死亡時拋射的物質(zhì)，竟能被黑洞捕獲并形成熾熱吸積盤，釋放出遠(yuǎn)超普通超新星的“宇宙焰火”。這場持續(xù)數(shù)年的爆發(fā)，不僅挑戰(zhàn)傳統(tǒng)黑洞理論，更揭示了極端環(huán)境下物質(zhì)與能量的狂暴之美。

黑洞“心跳”同步

黑洞系統(tǒng)吸積盤與噴流協(xié)同進動的藝術(shù)想象圖

天文學(xué)系雷衛(wèi)華教授團隊和合作者則在潮汐瓦解事件中，捕捉到黑洞吸積盤與噴流協(xié)同進動的“宇宙脈搏”。這一發(fā)現(xiàn)為研究黑洞自旋、物質(zhì)噴流機制提供了關(guān)鍵證據(jù)，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)·進展》，讓人類首次“聽”清了黑洞吞噬物質(zhì)的交響曲。

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華中科技大學(xué)

來源 / 物理學(xué)院

編輯 / 郭雨辰

校對 / 左盈