韦布望远镜发现早期宇宙四组“红色小点”近邻对

詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）图像中那些神秘的“小红点”，可能并非总是孤立存在。研究团队利用一种新的逐像素红外颜色分析方法，在早期宇宙发现了四组非常接近的“红色小点”（Little Red Dots，简称 LRD）候选对。17

LRD 是JWST发现的一类体积紧凑、颜色异常偏红的高红移天体。许多研究认为，它们可能是被尘埃和致密气体包裹、正在快速吸积物质的年轻活动星系核，也就是成长中的黑洞；但LRD的确切本质仍存在争议。17

需要特别说明的是，这项研究并没有直接观测到两个黑洞正在合并。更准确地说，研究人员发现了数量明显超出预期的LRD近邻对。这些系统可能代表星系和黑洞合并的早期阶段。

逐像素“拆图”，找出被混在一起的红色核心

传统方法往往根据天体的整体亮度、形状或颜色进行分类。当两个非常接近的红色天体出现在同一张图像中时，它们可能会被望远镜分辨成一个紧凑源。

新方法则逐个像素检查红外颜色，从而寻找近距离或部分重叠图像中彼此分离的红色核心。811 将这项技术应用于JWST的COSMOS-Web成像数据后，研究团队找到四组候选LRD对，角距离约为0.2至1.2角秒。8

在天文学中，这样的距离已经非常接近。不过，仅凭成像仍无法判断两个天体是否在宇宙中真正相邻，也不能排除它们只是恰好沿着同一视线排列。

光谱证据确认其中两组是真实近邻

更有力的证据来自JWST/COSMOS-3D的无狭缝光谱观测。在其中两组系统中，每一组的两个成员都显示出位于相同观测波长的发射线。8

如果将这一具有较大等效宽度的宽发射线识别为氢α线（Hα），两组系统的共同红移分别为5.822和5.464。8 这意味着它们并非简单的前景与背景天体叠加，而更可能处在同一个宇宙环境中。

根据光谱红移计算，这两组的投影间距约为1.64和7.36千秒差距，分别相当于约5300光年和2.4万光年。我们看到的，是它们在约125亿至128亿年前的状态——当时宇宙仍处于极其年轻的阶段。821

相同红移并不能证明这些黑洞最终一定会合并，也不能证明它们已经构成引力束缚的黑洞双星。但这一结果确实大幅降低了“只是巧合排在同一条视线上的两个天体”这一解释的可能性。8

近距离聚集程度比预期高出20至30倍

研究人员还构建了模拟目录，用来估计无关天体偶然靠近的概率。统计比较显示，随机的视线投影很难解释观测结果。8

研究推断，LRD在小尺度上的聚集程度约为JWST活动星系核大尺度相关信号外推值的20至30倍。8 换句话说，LRD拥有近距离伴侣的频率，远高于从其较大尺度分布简单推算出的水平。

这使四组系统成为星系与黑洞合并前身的有力候选。不过，现阶段称它们为“近邻对候选体”比称为“已确认的黑洞双星”更严谨。观测尚未证明每个LRD都包含正在吸积的黑洞，也未证明四组系统都受到彼此引力束缚，更无法确定它们何时会合并。817

合并为何可能帮助早期超大质量黑洞成长？

如果一组LRD中的两个成员都拥有正在吸积物质的黑洞，那么合并可以把两个黑洞的质量汇聚到一起。与此同时，星系之间的相互作用可能把更多气体推向中心区域，为黑洞的快速吸积提供燃料。8

在大爆炸后的有限时间内，反复发生的吸积和合并，或许能够帮助形成质量极高的黑洞。这也解释了为什么早期宇宙中一些黑洞似乎已经成长得相当迅速。

LRD之所以受到关注，正是因为它们是JWST在高红移宇宙中发现的最令人意外的天体族群之一。许多研究将它们解释为被遮蔽或性质异常的活动星系核，但其物理机制仍未定论。17 如果LRD近邻对确实普遍存在，就说明星系相互作用和合并可能在黑洞成长的早期阶段已经发挥作用，而非只在宇宙后期才重要。

致密气体可能与合并同样关键

合并并不是解释快速成长的唯一途径。另一类模型认为，LRD可能是包裹在光学厚、密度极高的气体“包层”或“茧”中的年轻活动星系核。这些环境既能为黑洞提供持续燃料，也会改变辐射传播到JWST时的光谱特征，从而形成其独特的红色外观。2612

这两种解释并不互相排斥。致密气体可能在合并前、合并中或合并后推动快速吸积；而星系合并也可能帮助气体向中心聚集。现有观测还无法确定早期黑洞成长中究竟有多大比例来自合并、持续吸积，或二者共同作用。817

更大规模的JWST数据将回答什么问题？

逐像素分析为天文学家提供了一种寻找近距离LRD伴侣的新工具，能够捕捉过去可能因彼此混合而被当作单一紧凑源的天体。将这套方法应用于更宽、更深的JWST数据，研究人员可以进一步测量：

• LRD拥有近距离伴侣的频率；
• 近邻对比例如何随红移和亮度变化；
• 不同观测区域中出现的强小尺度聚集是否一致；
• 推断出的合并率是否足以让合并成为早期黑洞成长的重要渠道。8

这些数据还可用于改进早期黑洞双星的质量和合并率预测，为未来的空间引力波探测任务提供目标和事件率估计，包括激光干涉空间天线（LISA）以及拟议中的分迪赫兹引力波探测器。18

因此，目前最稳妥的结论是：研究为早期宇宙中存在数量异常多的LRD近邻对提供了有力证据，但它不是黑洞合并或其引力波的直接探测。更多光谱观测和更大的JWST样本，将决定这些红色小点究竟是早期合并的常见路标，还是黑洞成长这段复杂历史中的一个环节。