找到小紅點是黑洞的最有力證據

自 2022 年 NASA 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）發現神祕的「小紅點」（little red dots）以來，這些早期宇宙的奇特天體一直是天文學界的難解之謎。近日，由德州大學奧斯汀分校瓦西里·科科列夫（Vasiliy Kokorev）領導的團隊發表於《天文物理期刊》的研究，透過分析編號為 GLIMPSE-17775 的小紅點光譜，為此謎題補上了關鍵拼圖。

雖然韋伯太空望遠鏡觀測星系團Abell S1063的主要目的是尋找特定類型的恆星，但科學家卻從中獲得了GLIMPSE-17775的詳細光譜。這個紅色的小點位於畫面的下方紅框處。Image: NASA, ESA, CSA, Vasily Kokorev (UT Austin); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI)

韋伯太空望遠鏡運作後不久，科學家便在大霹靂後約 6 億年的宇宙發現大量的紅色天體，後來被稱為「小紅點」。有人認為小紅點是大量恆星密集群聚的星系，也有人認為是大質量黑洞。而這次的最新研究認為最合理的解釋是「黑洞」（Black Hole Star, BH*）模型：即一個快速成長的超大質量黑洞，被一層緻密的電離氣體「繭」所包覆。

科科列夫團隊所研究的目標是位於星系團 Abell S1063 方向，距離更遠的小紅點GLIMPSE-17775（z=3.5，大約是大霹靂後18億年的宇宙）。藉由韋伯望遠鏡強大的紅外線成像能力，加上幸運碰上天然的「重力透鏡」提升亮度，讓原本可能需要80小時的曝光時間縮減為30小時。研究團隊最終獲得了迄今最詳盡的小紅點光譜，解析出超過 40 條光譜線。

望遠鏡拍攝到了迄今為止最清楚的小紅點光譜，從中辨別出了40多條譜線，其中許多譜線支持了GLIMPSE-17775是一個被高溫高密度氣體繭包裹的黑洞。Illustration: NASA, ESA, CSA, Vasily Kokorev (UT Austin); Designer: Leah Hustak (STScI)

光譜中包含氫、氧、氦，以及團隊稱為「鐵森林」的16條鐵光譜線，無法單純以旋轉氣體雲解釋，必須要有高能量來源（如快速吸積的黑洞）才能達成。此模型不僅完美吻合觀測結果，也解釋了為何小紅點在 X 射線波段較為黯淡——因為強大輻射被外層緻密的氣體給吸收了。

此外，結合哈伯太空望遠鏡的觀測資料，團隊發現這些黑洞周圍存在一個巨大的宿主星系，這解釋了為何GLIMPSE-17775小紅點的光譜沒有出現其他小紅點會出現的巴爾末斷裂（不同波長的能量在某一波長附近出現陡降的現象），因為星系中的恆星藍光彌補了能量缺失。這一發現化解了學界對「早期宇宙星系生長過快」的疑慮，證實現有的宇宙演化模型依然穩固。科科列夫表示，隨著更多觀測展開，也許一、兩年之後我們就能解開這些神祕天體的能量來源。

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。