閃著紅光的外星人監視器？

韋伯望遠鏡發現的小紅點星系讓科學家感到困惑。這些誕生于宇宙極早期的星系，其亮度與質量遠超理論預期。而最新研究讓這個謎團變得更加撲朔迷離。

Matthee et al. / The Astrophysical Journal

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在觀測早期宇宙星系時發現了一個神秘現象。它發現在遙遠的宇宙中，也就是在遙遠的過去，宇宙中存在著許多看上去像小紅點的東西。此前的推測是，這些小紅點是中心擁有超大質量黑洞的活躍星系。然而最新的觀測卻發現，這些小紅點不會產生X射線，而X射線是活躍星系的標志性特征，因此此前的推論不成立。

此前人們認為，這些小紅點是形成于宇宙大爆炸后大約6億年時的小型星系。到目前為止，韋伯已經發現了至少300個這樣的小紅點星系（LRD）。但它們作為星系，身上卻存在著許多的謎。根據它們的亮度，研究人員測算出它們的質量和恒星數量遠超理論預期：根據現有的理論模型，早期宇宙根本沒有足夠時間讓它們發展到如此規模。

隨后研究人員又猜想，它們可能擁有所謂的活躍星系核（AGN），因為活躍星系核理論也可以解釋它們為什么如此明亮。這樣一來，它們就不必擁有那么大的質量和那么多的恒星，因此也就不會與現有的星系演化模型相矛盾。

但是不幸的是，這又產生了另一個問題。活躍星系核周圍的吸積盤受熱后，都會產生強烈的X射線，這是它們的一個標志性特征。而哈佛史密森天體物理研究中心的科學家近日在《天體物理學雜志》上刊文稱，幾乎所有小紅點星系都不產生X射線。

研究人員稱，小紅點星系的一個關鍵的特性，就是它們不產生X射線。除了極個別的孤例，無論是單一的，還是堆疊的目標，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，直接導致人們對小紅點星系本質的認識發生了顛覆性的改變。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，小紅點極高的亮度就不可能源自超大質量黑洞；不來自超大質量黑洞，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間內獲得如此大的質量，擁有如此多的恒星……而這在現有理論的框架內根本解釋不通。

一些科學家想要另辟蹊徑。他們堅信小紅點的中心有超大質量黑洞，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。

超大質量黑洞的吸積過程受到“愛丁頓極限”的制約。“愛丁頓極限”是天體物理學中的一個基本概念，當天體向外的輻射壓與向的引力達到平衡后，吸積率就會達到上限，亮度也會達到上限。如果這兩個力之中有一個過于強大，天體要么會拋出它的外層，要么就會停止進一步吸積。

“愛丁頓極限”會限制超大質量黑洞繼續變大。為了解釋這些黑洞為何會在早期宇宙就變得這么大，這些科學家認為這些小紅點星系可能會在一段時間內處于所謂的“超愛丁頓吸積”狀態。處于該種狀態的黑洞會繼續吸積過程，表現得極度明亮，而同時又缺乏X射線的產生。

研究人員稱，鑒于韋伯的光譜數據已排除了這些黑洞被高度遮蔽這一最自然的解釋，而許多學者認為探測不到小紅點星系發出的X射線是因為弱X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55個小紅點星系合計曝光時間近4億秒的X射線數據，對該假說進行了驗證。

處于“超愛丁頓吸積”狀態的黑洞實際上也會產生X射線。但是這些光子會被困在吸積流中。它們會被外流物質和星際風吸收或散射，或被黑洞周圍的物質殼遮蔽。因此它們產生的是低能的軟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。所得上限數值足以推翻現行的“超愛丁頓吸積”模型，僅符合極端程度的遮蔽效應。基于這些小紅點星系缺乏X射線信號的事實，現在只剩下一種合理解釋：我們可能嚴重高估了這些星系中心的黑洞質量和亮度。而這意味著可能又要推翻之前的所有結論……

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

錢德拉深空場南天區圖像中的55個小紅點星系。這個寬廣的波段，涵蓋了軟X射線和部分硬X射線，本應能夠捕捉到相應信號，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