宇宙神秘“小紅點(diǎn)”為何那么紅?我國(guó)科學(xué)家提出新解釋
宇宙神秘“小紅點(diǎn)”為何那么紅?我國(guó)科學(xué)家提出新解釋
詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡在探測(cè)宇宙深空時(shí)發(fā)現(xiàn)的一批很小的明亮紅色天體,被稱(chēng)為“小紅點(diǎn)”。它們數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)致密、顏色極紅,不同于以前發(fā)現(xiàn)的星系,一直令天文學(xué)家費(fèi)解。
“小紅點(diǎn)”為何那么紅?華中科技大學(xué)物理學(xué)院天文學(xué)系吳慶文教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了解釋“小紅點(diǎn)”的物理機(jī)制,即星系中心超大質(zhì)量黑洞吸積盤(pán)外圍輻射波長(zhǎng)正好落在可見(jiàn)光到近紅外波段,由此說(shuō)明“小紅點(diǎn)”本身就很紅,而非星際塵埃的“紅化”效應(yīng)。相關(guān)研究成果5日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的“小紅點(diǎn)”。(受訪團(tuán)隊(duì)供圖)
“為了解釋‘小紅點(diǎn)’光譜特征,傳統(tǒng)理論模型大多假設(shè)存在大量塵埃對(duì)其光線進(jìn)行‘紅化’,類(lèi)似晚霞和朝霞形成相關(guān)的散射原理。但現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡的精確觀測(cè)卻顯示,這些天體中塵埃含量極低,使得現(xiàn)有理論面臨挑戰(zhàn)。”吳慶文說(shuō)。
研究團(tuán)隊(duì)聚焦星系中心超大質(zhì)量黑洞的吸積過(guò)程,提出在宇宙早期這些“小紅點(diǎn)”星系中,黑洞吸積盤(pán)的外圍區(qū)域通常處于引力不穩(wěn)定狀態(tài),氣體在強(qiáng)烈的湍流作用下被有效加熱,形成了一個(gè)溫度相對(duì)較低(約2000至4000攝氏度)、處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的“外吸積盤(pán)”,輻射波長(zhǎng)正好落在可見(jiàn)光到近紅外波段。而黑洞吸積盤(pán)的內(nèi)區(qū)溫度極高,可達(dá)上萬(wàn)攝氏度,輻射主要集中在可見(jiàn)光到紫外波段。

受訪團(tuán)隊(duì)提供的黑洞吸積盤(pán)概念圖。
“內(nèi)盤(pán)較藍(lán),外盤(pán)極紅,所以看起來(lái)那么紅。由內(nèi)盤(pán)和外盤(pán)共同構(gòu)成的整體輻射,恰好形成了一個(gè)‘V’字形光譜能量分布結(jié)構(gòu),其拐折特征與詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)幾乎完全吻合?!眳菓c文解釋說(shuō)。
研究結(jié)果進(jìn)一步表明,宇宙早期有些質(zhì)量不大的星系可能僅中心形成了超大質(zhì)量黑洞與核區(qū)恒星團(tuán),星系大尺度恒星形成也許較弱,因此人們只看到了星系核心區(qū)域。數(shù)十億年后,隨著星系逐漸長(zhǎng)大,核區(qū)恒星誕生和死亡形成大量塵埃,逐漸覆蓋了原黑洞外盤(pán),從而完成“小紅點(diǎn)”到普通星系的過(guò)渡,這為揭示星系和黑洞早期演化提供了關(guān)鍵信息。
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