近日，由中国科学院上海天文台早期宇宙与高红移星系团组牵头的国际合作科研团队在LAMOST和SDSS光谱巡天数据里的低红移绿豌豆星系样本中发现了7例特殊星系，它们是詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）最近发现的著名“小红点”（Little Red Dots）天体的低红移对应体（local analog）。该特殊样本有望揭示“小红点”的物理本质，进一步限制黑洞早期演化模型。相关成果在国际著名期刊《天体物理杂志快报》上发表¹，该文章也获得美国天文学会下属的AAS Nova网站2月25日的高亮（HIGHTLIGHTS）报道²。
JWST发现的“小红点”天体：宇宙婴儿时期的红色谜点
作为当前天文界最先进的超级望远镜，于2021年底发射的詹姆斯-韦布空间望远镜（JWST），可以拍到宇宙刚诞生几亿年时的照片。根据宇宙学模型，宇宙现在的年龄是137亿年，也就是说，JWST可以拍到婴儿时期宇宙的照片。自2023年起，科学家们发现JWST拍到的宇宙“婴儿照”里有一些奇怪的“小红点”天体（见图1），它们形态极端致密，颜色发红，进一步研究发现它们光谱上有氢原子的宽线，能谱上有V型的结构。氢的宽线暗示天体中心可能藏着“宇宙巨兽”——超大质量黑洞，但其极端致密的形态和V型的能谱结构又与常规的包括超大质量黑洞的星系不一样，预示着早期宇宙里的黑洞可能会比我们预期更快的增长。关于“小红点”天体的研究迅速成为领域热点，据ADS天文数据库查询，在过去一年中就有近100篇文章的摘要中包括“小红点”天体。
图1 JWST的NIRCam相机发现的早期宇宙（宇宙年龄约6-15亿年处）里6例“小红点”天体。
SDSS发现的“绿豌豆”天体：近邻宇宙里的强OIII发射线星系
自2000年开始运行的美国斯隆数字巡天（SDSS）是天文界首个多色测光和光谱的数字化巡天，它详细绘制了全天四分之一星空的天图。2009年，在SDSS面向大众开放的星系动物园（Galaxy Zoo）项目中，公众天文爱好者们发现了一类特殊天体：“绿豌豆”天体，其特征是有很强的r波段辐射且图像形态致密，像一颗颗绿色的豌豆。在SDSS的进一步光谱观测中发现，这是一类具有强OIII发射线的星系，它主导了多色图像里r波段（绿色显示）的流量贡献，且形态致密，主要是年轻的低质量低尘埃且高恒星形成效率的恒星形成星系。
之后，天文学家们对这类“绿豌豆”星系越来越感兴趣，因为它们的性质和早期宇宙里的年轻星系的性质非常相似。JWST正式运行后释放的首批光谱即显示宇宙婴儿时期星系的光谱和近邻宇宙处“绿豌豆”星系的光谱高度相似（见图2）。
图2 JWST首批释放的早期宇宙（宇宙年龄约6.5亿年处）年轻星系的光谱与近邻宇宙（宇宙年龄约126亿年处）绿豌豆星系高度相似。
LAMOST助力近邻宇宙里找到“小红点”天体的相似体：大质量黑洞及星系演化途径的新线索
既然近邻宇宙处“绿豌豆”星系和早期宇宙里的年轻星系非常相似，那么在近邻宇宙里是否能发现早期宇宙“小红点”天体的相似体？自2018年起，利用LAMOST数据，我国科学家构建了一个世界最大的绿豌豆星系的光谱样本（Liu et al. 2022），并开展了系统性研究工作，包括搜寻其中的双活动星系核样本(Lin et al. 2023)、系统研究其X射线性质（Liu et al. 2024），搜寻其中的中等质量黑洞样本(Lin et al. 2024，已在LAMOST之声上报道)，以及本次工作的搜寻及研究“小红点”天体的相似样本(Lin et al. 2025)。这些“小红点”天体的相似体绿豌豆星系样本都有致密形态、V型的紫外-可见光能谱和氢原子宽线特征（图3），它们在紫外光度、黑洞吸积率、电离状态、气相金属丰度等方面也与“小红点”天体相似。
这个发现可能说明早期宇宙并不是唯一能制造“小红点”天体的地方，且黑洞可以在宇宙的不同时期“爆发式生长”。此外，近邻宇宙更容易让我们深入观测研究这批“小红点”天体的相似样本，进而通过比较研究，揭示“小红点”天体的本征物理性质。
图3 近邻宇宙对应体与高红移“小红点”天体的光谱及能谱对比（左）以及发射线光谱谱型（右）。红线和红点为小红点JADES 10013704的无缝光谱以及测光数据；绿线/黑线和绿点为近邻宇宙对应体的光学光谱以及测光数据。绿色阴影为宽线成分。
本次工作的论文第一作者为中国科学院上海天文台博士生林如秋，通讯作者为中国科学院上海天文台研究员郑振亚，合作团队还包括来自中国科学院大学、北京大学、中国科学技术大学、美国宇航局戈达德太空飞行中心、智利天主教大学、美国天主教大学等国内外多家研究单位的科研人员。该工作得到了科技部重点研发专项、国家自然科学基金委、中智天文合作项目、中国空间站项目和LAMOST二期观测项目等项目的支持。
国家天文科学数据中心为天文观测设备和研究计划提供数据与技术服务。
论文链接
- Lin et al., 2025, 论文doi链接：https://doi.org/10.3847/2041-8213/adaaf1；论文arXiv 链接：https://arxiv.org/abs/2412.08396
- AAS NOVA网站2月25日的高亮（HIGHTLIGHTS）报道：https://aasnova.org/2025/02/25/a-little-red-dot-by-any-other-name-would-smell-just-like-a-green-pea/
- NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College), https://science.nasa.gov/missions/webb/newfound-galaxy-class-may-indicate-early-black-hole-growth-webb-finds/
- Rhoads, J. E., et al. 2023, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023ApJ...942L..14R/abstract
新闻来源：LAMOST之声