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在国家自然科学基金项目(批准号:12225301)等的资助下,北京大学江林华教授团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜等多波段观测数据,在理解“小红点”天体的物理本质和演化规律方面取得进展。研究成果以“发现两个正在向类星体转变的小红点(The discovery of two little red dots in transition into quasars)”为题,于2026年9月16日正式发表在《自然・天文》(Nature Astronomy)期刊上。论文链接为:https://www.nature.com/articles/s41550-026-02885-8。
类星体是宇宙中最明亮的天体之一,其能量来自星系中心正在吸积物质的超大质量黑洞。近年来,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)发现了一类新的致密红色天体,因其在图像中通常很小且偏红,被称为“小红点”(little red dots)。它们具有独特的V形光谱能量分布,即紫外波段偏蓝、光学波段偏红。许多小红点还显示出很宽的氢发射线,暗示其中心可能存在快速成长的超大质量黑洞。然而,大多数小红点缺少典型活动星系核应有的强X射线、射电和中红外辐射。因此,小红点究竟是什么,以及它们是否会演化为普通活动星系核或类星体,是当前星系物理领域的一个重要问题。
江林华团队首先基于JWST/NIRCam多波段图像和光学形态,在COSMOS天区构建了小红点天体样本,并与钱德拉COSMOS巡天X射线源表进行交叉匹配,最终发现了两个特殊天体,命名为Forge I和Forge II。它们位于红移2.871和2.930处,对应约110亿年前的宇宙。两个天体均具有V形光谱能量分布(图 a),致密的光学波段形态(图 b)和宽发射线(图 c),符合小红点的基本特征。不同的是,它们同时表现出强烈的X射线、射电和中红外辐射,这些都是典型活动星系核和类星体的重要标志。
团队进一步利用JWST/NIRCam F444W无缝光谱研究其谱线性质,发现宽的He I、Paγ和O I发射线,线宽达到每秒数千公里,证实其中心存在活动星系核(图 c)。基于宽Paschen发射线和1微米连续谱光度,团队估算出Forge I和Forge II的中心黑洞质量分别约为3.7亿倍和8.2亿倍太阳质量,已达到类星体级别(图 d)。光谱中还存在He I吸收线和可能的Paδ吸收线,说明黑洞周围气体正在发生复杂运动,处于快速变化的过渡状态。
研究认为,普通小红点可能是被致密气体包裹的快速成长黑洞,而Forge I和Forge II正处在这一气体包裹结构逐渐消散的阶段。随着气体外壳变得稀薄或多孔,X射线和射电辐射开始逃逸,同时热尘埃结构逐渐形成并产生中红外辐射。该发现为小红点向普通活动星系核或类星体演化提供了直接观测证据,表明至少部分小红点代表超大质量黑洞成长过程中的早期短暂阶段,同时也表明小红点本质上由快速吸积的超大质量黑洞所驱动。
