早期宇宙中的“小紅點”可能是運行在最大值的黑洞
更新于:2025-04-02 17:24:31

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡讓我們看到了宇宙中星系形成的最初時刻。

它還揭示了一些驚喜。其中之一是出現了被稱為“小紅點(LRD)”的高度紅移的小物體。

我們並不完全確定它們是什麼,但一項新的研究給出了答案。

關於這些天體,我們知道的一件事是,它們的光譜被運動多普勒放大了。這表明發出光的氣體正以驚人的速度圍繞中心區域旋轉,繞軌道運行的速度超過每秒1000公里。

這表明該物質正在圍繞一個超大品質黑洞運行,該黑洞為活動星系核(AGN)提供能量。AGN模型中小紅點的問題在於它們在紅外光譜中的強度是平坦的。它們在X射線和無線電範圍內的輻射也很少,這對AGN來說是不尋常的。

為了進一步探索這個謎團,這項新工作研究了12個LRD, JWST已經收集了它們的高解析度光譜。然後,研究小組將這些數據與超大品質黑洞的模型進行了比較。

這些模型假設黑洞周圍有一個快速旋轉的吸積盤,它嵌在一個年輕的星系雲中。首先,他們發現周圍的雲層需要高度電離。由於星系周圍有一層緻密的自由電子,所以大部分X射線和射電光都會被吸收。

當然,如果護罩的密度足以阻擋X射線和無線電,黑洞就需要以驚人的速度產生能量,才能使LRD發出明亮的紅光和紅外線。

根據觀察,黑洞必須以接近愛丁頓極限的速度吸積品質,這是物質吸積的最大速度。超過這個速度,產生的光的強度是如此之強,以至於它將物質推開的速度比引力將它們聚集在一起的速度還要快。

所有這些都描繪了一幅圖景,即LRD是非常年輕的超大品質黑洞,正在迅速發育成熟。在這項最新的研究中,對這些黑洞質量的估計支援了這一點,估計它們的質量大約在1萬到100萬太陽質量之間,這比典型的超大品質黑洞要小得多。

這個模型也有助於解釋為什麼我們在較低的紅移中看不到較近的LRD。它們在愛丁頓極限下積累的物質意味著它們會迅速清除周圍的電離雲。

隨著這團雲的消散,LRD將開始類似於我們在整個宇宙中看到的傳統活動星系核。