由于光速傳播的延時(shí)效應(yīng)，我們觀測(cè)的宇宙實(shí)際上是以前的樣子。距離我們?cè)竭h(yuǎn)的區(qū)域，對(duì)應(yīng)著越古老的宇宙（早期宇宙），而與我們臨近的區(qū)域，則對(duì)應(yīng)相對(duì)年輕的宇宙（近鄰宇宙）。在早期宇宙中，存在一種神秘的“小紅點(diǎn)”天體，與黑洞的演化密切相關(guān)。而近鄰宇宙中，有一類和早期宇宙里的年輕星系非常相似的星系，稱作“綠豌豆”。
中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)牽頭的國(guó)際合作科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了7例特殊的“綠豌豆”星系 ，與早期宇宙中存在的“小紅點(diǎn)”特征類似。對(duì)這些特殊的“綠豌豆”開展研究，有望揭示“小紅點(diǎn)”的物理本質(zhì)，并進(jìn)一步優(yōu)化黑洞早期演化模型。
01
早期宇宙的“紅色謎點(diǎn)”
何謂“小紅點(diǎn)”？這要從一張照片說(shuō)起。此前，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝到宇宙剛誕生幾億年的“嬰兒”照（圖1）。
科學(xué)家們從中發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的“小紅點(diǎn)”。它們形態(tài)極端致密，顏色發(fā)紅。
分析發(fā)現(xiàn)，“小紅點(diǎn)”天體中心可能是超大質(zhì)量黑洞。從形態(tài)與結(jié)構(gòu)上看，“小紅點(diǎn)”又與包含超大質(zhì)量黑洞的常規(guī)星系不一樣
▲圖1：JWST的NIRCam相機(jī)發(fā)現(xiàn)的早期宇宙（宇宙年齡約6億年-15億年處）里6例“小紅點(diǎn)”天體
在“小紅點(diǎn)”天體中，天文學(xué)家只看到了來(lái)自黑洞的特征信息，沒有看到更多的來(lái)自星系的特征信息。這與此前認(rèn)為的“黑洞和星系是聯(lián)合演化的”不相符。
這意味著黑洞可能先于星系演化。因此，“小紅點(diǎn)”的發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著早期宇宙中，黑洞可能會(huì)比預(yù)期更快地增長(zhǎng)。
02
近鄰宇宙的“綠色矮人”
2009年，斯隆數(shù)字巡天（SDSS）面向大眾開放星系動(dòng)物園（Galaxy Zoo）項(xiàng)目。
在這一項(xiàng)目中，一些天文愛好者發(fā)現(xiàn)了一類特殊天體。它們具有很強(qiáng)的r波段輻射且圖像形態(tài)致密，像一顆顆綠色的豌豆，因此被稱為“綠豌豆”星系。
“綠豌豆”具有宇宙早期星系相似物理性質(zhì)、演化階段或觀測(cè)特征，可以作為早期星系的對(duì)照參考，因此被認(rèn)為是早期星系在近鄰宇宙中的對(duì)應(yīng)體。
▲圖2：左圖來(lái)自宇宙年齡9.6億年處的“小紅點(diǎn)”天體；右圖來(lái)自宇宙年齡103億年處的“綠豌豆”星系。圖像尺寸匹配JWST和SDSS的空間分辨能力
觀察發(fā)現(xiàn)，部分“綠豌豆”星系中顯示出活動(dòng)星系核的活動(dòng)跡象，體現(xiàn)了核區(qū)超大質(zhì)量黑洞活動(dòng)的特征。因此，系統(tǒng)搜尋研究“綠豌豆”星系能夠幫助天文學(xué)家更深入地了解早期星系的形成與演化。
并且，JWST正式運(yùn)行后釋放的首批光譜也顯示出宇宙嬰兒時(shí)期星系的光譜和近鄰宇宙處“綠豌豆”星系的光譜高度相似（圖3）。
▲圖3：JWST首批釋放的早期宇宙（宇宙年齡約6.5億年處）年輕星系的光譜與近鄰宇宙（宇宙年齡約126億年處）“綠豌豆”星系高度相似
03
LAMOST助力發(fā)現(xiàn)
“綠豌豆”中的“小紅點(diǎn)”
既然近鄰宇宙的“綠豌豆”星系和早期宇宙里的年輕星系非常相似，那么在近鄰宇宙里是否能發(fā)現(xiàn)與早期宇宙“小紅點(diǎn)”天體的相似個(gè)體呢？
自2018年起，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)早期宇宙與高紅移星系團(tuán)組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，利用我國(guó)大科學(xué)裝置郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），構(gòu)建了世界最大的“綠豌豆”星系的光譜樣本，并開展了系統(tǒng)性研究工作。
包括搜尋其中的雙活動(dòng)星系核樣本、系統(tǒng)研究其X射線性質(zhì)，搜尋其中的中等質(zhì)量黑洞樣本，以及本次工作的搜尋及研究“小紅點(diǎn)”天體的相似樣本。
此次發(fā)現(xiàn)的7個(gè)“綠豌豆”星系樣本都有致密形態(tài)、V型的紫外-可見光能譜和氫原子寬線特征（圖4），它們?cè)谧贤夤舛?、黑洞吸積率、電離狀態(tài)、氣相金屬豐度等方面也具有“小紅點(diǎn)”天體的特征。
▲圖4：近鄰宇宙對(duì)應(yīng)體與高紅移“小紅點(diǎn)”天體的光譜及能譜對(duì)比（左）以及發(fā)射線光譜譜型（右）
這個(gè)發(fā)現(xiàn)可能表明，早期宇宙并不是唯一能產(chǎn)生“小紅點(diǎn)”天體的地方，而且黑洞可以在宇宙的不同時(shí)期“爆發(fā)式生長(zhǎng)”。
近鄰宇宙更便于科研人員開展深入觀測(cè)，通過(guò)比較研究揭示“小紅點(diǎn)”天體的物理性質(zhì)。
總之，無(wú)論是宇宙深處的“小紅點(diǎn)”，還是近鄰宇宙的“小綠點(diǎn)”都說(shuō)明，宇宙可能比人們想象的更精彩！
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)
責(zé)任編輯：宋同舟
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