达拉赫·沃森（Darach Watson）教授解释道：“这些小红点是年轻的黑洞，其质量比先前认为的要小一百倍，它们被包裹在气体茧中，并正在吞噬这些气体以成长壮大。这个过程会产生巨大的热量，热量透过茧层发光。正是这种穿透茧层的辐射赋予了小红点独特的红色。”图片来源：达拉赫·沃森/詹姆斯·韦伯空间望远镜
自詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）开始科学观测以来，天文学家们一直对出现在其遥远宇宙图像中的奇怪红点感到好奇。哥本哈根大学的科学家们现已确定了这些天体的本质，揭示了隐藏在致密电离气体云内部的极端宇宙活动。他们的研究成果于1月14日发表在《自然》（Nature）杂志上。
当詹姆斯·韦伯于2021年12月从距离地球约150万公里处拍摄到首批图像时，研究人员很快注意到了意想不到的现象。在恒星和星系之间，散布着一些无法解释的、微小的红色光点，它们不符合早期宇宙的现有模型。
这些被称为“小红点”的天体出现在宇宙仅诞生数亿年的时期。大约十亿年后，它们似乎就从视野中消失了。它们的短暂出现引出了一个重大问题：这些发光的红色光源究竟是什么？
早期的一种观点认为，它们是质量巨大的星系，其亮度足以跨越130亿年的宇宙历史被探测到。然而，这种解释与科学家们对星系形成的认知相矛盾。如此巨大的星系不应该在大爆炸后如此短的时间内就存在，因为它们需要更长的时间才能形成。
经过对韦伯望远镜数据长达两年的分析，尼尔斯·玻尔研究所宇宙黎明中心的研究人员得出了不同的结论。这些红点是由黑洞——宇宙中已知最极端的天体——提供能量的。这些观测为了解第一批黑洞如何形成并开始成长提供了难得的机会。
“这些小红点是年轻的黑洞，其质量比先前认为的要小一百倍，它们被包裹在气体茧中，并正在吞噬这些气体以成长壮大。这个过程会产生巨大的热量，热量透过茧层发光。正是这种穿透茧层的辐射赋予了小红点独特的红色，”该研究的主要作者之一达拉赫·沃森教授说。“它们的质量远小于人们先前的估计，因此我们无需引入全新的天体事件类型来解释它们。”
这一发现的重要性使得宇宙黎明中心团队登上了全球最具影响力的科学期刊之一《自然》的封面。
天文学家现已识别出数百个这样的小红点，它们全都是年轻的黑洞。尽管它们是迄今观测到的最小的黑洞之一，但以日常标准衡量，它们仍然巨大无比，质量可达太阳的1000万倍，直径约1000万公里。
黑洞通过吸入附近的气体和尘埃来成长。由于它们的事件视界相对较小，向内坠落的物质在越过无法返回的临界点之前会变得极其炽热和明亮。这个过程释放的能量几乎超过了宇宙中任何其他已知现象。强烈的辐射将大部分坠入的物质向外推回，而不是让其被吞噬。
“当气体落向黑洞时，它会螺旋下降，形成一种盘状或漏斗状结构，朝向黑洞表面。最终，它的速度变得极快，密度被挤压得极高，从而产生数百万度的高温并发出明亮的光芒。但只有极少量的气体被黑洞吞噬。大部分气体会随着黑洞的旋转从两极被吹回。这就是为什么我们称黑洞为‘邋遢的食客’，”达拉赫·沃森解释道。
每个大型星系，包括我们的银河系，其中心都包含一个超大质量黑洞。我们星系中心的黑洞质量约为太阳的400万倍。尽管它们非常重要，但科学家们仍在努力理解这些庞然大物是如何在宇宙历史早期就形成的。
这项新发现有助于解释，超大质量黑洞如何能在大爆炸后仅7亿年就已存在，其中一些的质量甚至达到太阳的数十亿倍。观测这些处于剧烈成长阶段的年轻黑洞，填补了宇宙演化中缺失的一章。
“我们捕捉到了年轻黑洞在其快速成长阶段中期的景象，这是一个我们以前从未观测到的阶段。它们周围致密的气体茧为它们提供了快速成长所需的燃料，”达拉赫·沃森说。
