本文最初发表于 The Conversation。
天文学家利用NASA最强大的望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜探索遥远的宇宙时，发现了一类具有极强模仿能力的星系，它们甚至能超越模仿能力最强的生物——比如拟态章鱼。这种生物可以模仿其他海洋动物来躲避捕食者。想模仿比目鱼？没问题。海蛇？轻而易举。
当科学家们分析韦伯望远镜拍摄的第一批遥远宇宙图像时，他们发现了一组前所未见的星系。这些星系——其中有数百个，被称为“小红点”——颜色非常红，而且体积紧凑，仅在宇宙历史上的大约10亿年间可见。就像拟态章鱼一样，“小红点”让天文学家感到困惑，因为它们看起来像是不同的天体。它们要么是质量巨大的星系，要么是尺寸适中的星系，每个星系的核心都包含一个超大质量黑洞。
然而，有一点是确定的。“小红点”通常很小，其半径仅为银河系的2%。有些甚至更小。
作为一名研究遥远星系和黑洞的天体物理学家，我很有兴趣了解这些小型星系的本质。是什么为它们的光芒提供动力，它们到底是什么？
模仿竞赛
天文学家分析望远镜从遥远星系接收到的光，以评估它们的物理性质，例如它们包含的恒星数量。我们可以利用它们的光的性质来研究“小红点”，并确定它们是由大量恒星组成的，还是内部包含黑洞。
到达我们望远镜的光的波长范围从长射电波到高能伽马射线不等。天文学家将光分解成不同的频率，并在称为光谱的图表中进行可视化。
有时，光谱会包含发射线，这些是发射光更强的频率范围。在这种情况下，我们可以利用光谱的形状来预测星系是否隐藏着超大质量黑洞，并估算其质量。
同样，研究星系的X射线辐射也可以揭示超大质量黑洞的存在。
作为终极的伪装大师，“小红点”根据天文学家选择使用X射线、发射线还是其他方式研究它们，表现出不同的天体特征。
天文学家迄今为止从“小红点”的光谱和发射线收集到的信息，导致了两种截然不同的模型来解释它们的性质。这些天体要么是包含数十亿颗恒星的极度致密的星系，要么是它们的核心隐藏着一个超大质量黑洞。
两种假说
在仅含恒星的假说中，“小红点”包含大量的恒星——多达1000亿颗。这大约相当于银河系（一个大得多的星系）的恒星数量。
想象一下，你独自一人站在一个巨大、空旷的房间里。这个广阔、寂静的空间代表着我们太阳系附近宇宙的区域，恒星稀疏地分布着。现在，想象一下同一个房间，但挤满了中国的所有人口。
这个拥挤的房间就是最致密的“小红点”核心的感觉。这些天体可能是整个宇宙中最致密的恒星环境。天文学家甚至不确定是否存在这样的恒星系统。
然后是黑洞假说。大多数“小红点”显示出其中心存在超大质量黑洞的明显迹象。天文学家可以通过观察光谱中由黑洞周围高速旋转的气体产生的巨大发射线来判断星系中是否存在黑洞。
天文学家实际上估计这些黑洞相对于其紧凑宿主星系的大小而言质量过大。
黑洞的质量通常是其宿主星系恒星质量的0.1%左右。但一些“小红点”隐藏着一个几乎与其整个星系一样巨大的黑洞。天文学家称之为“超质量黑洞”，因为它们的出现违背了在星系中通常观察到的比例。
然而，还有另一个问题。与普通黑洞不同，假设存在于“小红点”中的黑洞没有显示任何X射线辐射的迹象。即使在可用的最深入的高能图像中，天文学家本应轻易观察到这些黑洞，也没有发现它们的踪迹。
少数解决方案和大量希望
那么，这些天体奇观是拥有过多恒星的巨大星系吗？或者它们的核心隐藏着质量过大且X射线辐射不足的超大质量黑洞？真是个谜。
随着更多的观测和理论建模，“小红点”的性质逐渐有了一些可能的解释。也许“小红点”仅由恒星组成，但这些恒星极其致密，以至于它们模仿了通常从黑洞观察到的发射线。
或者，超大质量——甚至超乎寻常的黑洞就潜伏在这些“小红点”的核心。如果是这样，有两个模型可以解释缺乏X射线辐射。
第一，黑洞周围可能漂浮着大量的气体，这些气体会阻挡部分从黑洞中心发出的高能辐射。第二，黑洞可能比通常情况下更快地吸积气体。这个过程会产生一个与通常看到的X射线不同的光谱，X射线更少。
黑洞之所以过大或超质量，可能不是我们对宇宙理解的问题，而是关于宇宙中第一批黑洞是如何诞生的最佳线索。事实上，如果最早形成的黑洞质量非常大——大约是太阳质量的10万倍——理论模型表明，它们的黑洞质量与其宿主星系质量的比率在形成后很长一段时间内可能保持很高。
那么，天文学家如何才能揭示这些闪耀在时间之初的小光点（“小红点”）的真实本质呢？就像我们模仿大师——章鱼一样，秘密在于观察它们的行为。
利用韦伯望远镜和更强大的X射线望远镜进行额外的观测，最终将揭示一个天文学家只能归因于两种情景之一的特征。
例如，如果天文学家清晰地探测到在黑洞可能存在的地方附近发出X射线或射电辐射，或者红外光，他们就会知道黑洞假说才是正确的。
就像我们的海洋朋友可以假装成海星一样，最终它会伸出触手，暴露其真实本性。
披露声明：Fabio Pacucci获得了NASA和SI的资助，并且是AXIS科学团队的成员。
