【科學講堂】銀河現神秘紅點 是星系還是巨大黑洞？

天文學家經常在宇宙中見到不明的物體。比如在1960年代，天文學家發現我們的銀河系中好像布滿了奇怪的藍色小星星；其後我們確認它們原來是在銀河系之外，名為類星體、質量超高的黑洞。在2022年，天文學家又有了另一個有趣的觀察：天空上有一些不知名的小紅點，引發了解讀它們真面目的辯論。最近有研究為這個問題提供了新的論據，今次就和大家分享一下。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在開始觀察紅外線輻射以後，不足兩星期就發現了這些細小但明亮的小紅點。最初，天文學家懷疑這些是總質量比銀河系還要高的星系，不過這些小紅點星系在大爆炸以後大約六億年就出現：這算是早期的宇宙，而一般來說當時的星系傾向只有較小的質量。

再者，黑暗物質亦是星系形成需要的成分，但根據宇宙演化模型的推論，這些小紅點星系中的黑暗物質又顯得出奇地少。

太空中天體的主要成分是氫氣，而高能量的氫氣會發出特定波長的輻射，在光譜上固定的位置造成一條亮線，所以我們經常說這是氫氣的「足印」。

這條光譜線的寬度亦會受氫氣移動的速度影響，因此我們能夠推斷出在這些小紅點中，氫氣在以每秒幾千公里的高速移動。如此的高速讓人想起活躍星系核（active galactic nucleus）：這其實是一些星系的中心部分，當附近的物質受那裏的巨大黑洞的引力牽引而加速，繼而增加溫度甚至發出光芒。正因為這些高能量的活動，活躍星系核通常都會釋放出X射線和無線電波。

不過，至今還沒有那些小紅點發射出X射線和無線電波的紀錄，因此它們似乎並非活躍星系核。

如此看來，天文學家好像碰壁了：不管那些小紅點是星系或是活躍星系核之中的黑洞，兩個解釋好像都有不完善的地方。

析光譜構建模型

近日，有研究團隊詳細分析了十二個小紅點的氫氣光譜線，以求從這些光譜的強度分布去更深入探究這些「小紅點」的真面目。若光譜線在傳播至地球途中未受干擾，其強度分布應呈鐘形：兩側低而中間隆起。反之，若光譜線在傳播過程中經過帶電介質，會經歷多重散射，導致強度分布呈帳篷狀：中間尖銳並向兩側快速下降。

研究團隊的分析發現，這些「小紅點」氫氣光譜線的強度分布與帳篷的形狀一致，代表它們應該被帶電的介質包圍。研究人員進一步構建詳細模型，發現一個被帶電介質包圍的光源，能發射出與觀測相符的光譜。該中心光源的亮度可超過2,500億個太陽，但尺度遠小於星系。

因此，這些小紅點可能並非星系，而是隱藏於帶電介質中的巨大黑洞。

小結

宇宙浩瀚，蘊藏許多尚未完全理解的事物：本文討論的小紅點與先前提及的類星體，即為其中兩個典例。目前，我們仍無法確知「小紅點」的真實「身份」，有待未來更深入的探索。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。