是黑洞还是黑洞星？天文学家就韦布望远镜的“小红点”（little red dots）争论不休

引言

天文学家建造 James Webb 太空望远镜，是为了捕捉宇宙大爆炸后最初十亿年间的微弱光芒。那是一个混沌的时代，大片的氢和氦气体逐渐聚集，形成了我们今天所见的星系链。即便在望远镜的首批图像中，天文学家就已经看到了各种神秘的光斑。

其中有一批天体尤其难以解读：它们亮得刺眼，发出长波长的红光，亮度堪比整个星系；体积极小，只占一个像素；而且无处不在——Webb 拍摄的几乎每张图像里都能找到一两个。2023 年，研究人员开始把它们称作“小红点”（little red dots）。此后，天文学家一再将 Webb 对准这些小红点，从这几个像素的光里榨取出宝贵的新信息。

起初，研究人员觉得这些光斑看起来有点像星系。后来他们得出结论：小红点更像大多数星系中心都存在的超大质量黑洞。这类庞然大物本身并不发光，但它们强大的引力会猛烈地吞噬气体和周围物质，形成炽热旋转的吸积残骸环，其亮度完全盖过了周围的恒星。

然后，到了 2025 年春天，两个天文学家团队同时宣布观测到两个与众不同的小红点——实际上，它们与以往见过的任何天体都不一样。

“我们用地面望远镜获取的数百万次观测中，”德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的研究员、其中一个团队的负责人 Anna de Graaff 说，“没有任何东西长得像这两个天体。”

两个团队提出，他们看到的是一种全新的天体：一团结构颠倒的氢气团块，能发出相当于数十亿颗太阳的光芒，而深处内核却藏着一个黑洞。他们把它称为“黑洞星”（black hole star）。

在上周发布的一篇论文中，天文学家将这一分析推向了更深层。他们认为，Webb 望远镜正在目睹超大质量黑洞在巨大恒星的核心中诞生。“一种根本性的新现象正在发生，”夏威夷大学天文学家罗汉·奈杜（Rohan Naidu）说。

但并非所有人都认同这种大胆的解读。这一观点引发了一系列后续研究，也重新点燃了关于这些奇特光点本质的激烈争论。

“这个领域已经变得非常两极分化，”麻省理工学院（MIT）研究小红十字暗点的高能天体物理学家安娜-克里斯蒂娜·艾勒尔斯（Anna-Christina Eilers）说。

小红十字暗点的谜团

当视野中只有一个斑点时，很难看清你究竟在看什么。关于它，你只知道它的颜色和亮度。天文学家最初争论这些小红十字暗点位于宇宙视界上的遥远星系，主要依据是它们的亮度。但如此明亮的星系必然是巨大的——而已知的方式无法让它们在短短几亿年内增长到如此规模。天文学家称之为“宇宙破坏者”，因为它们似乎摧毁了标准的宇宙时间线。

随后，他们进行了更细致的观测。德格拉夫主导了一项名为“红色未知天体”（Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey，简称 Rubies）的巡天项目，而奈杜共同主持了另一项名为“海市蜃楼或奇迹”（Mirage or Miracle，简称 MOM）的巡天。这是当时一系列将 Webb 望远镜对准遥远天体（包括那些小红点）并持续数小时观测的巡天项目中的两项。研究人员精确记录了每个光点发出的光包含哪些色度以及这些色度的亮度。这种详尽的色差分解被称为光谱，它向天文学家揭示的信息远比最初粗略观测所得的丰富得多。不同的原子会以细微不同的色调发光，因此光谱能反映出天体内部粒子的活动状态。

小红点光谱中那个石破天惊的发现是：氢的光谱线被拉伸成了多个色度。通常，观测到这种现象意味着你正对着一个裸露的黑洞。黑洞会剧烈地搅动周围的氢云，由于运动速度不同，云团会发出略微不同的颜色。总体效果是，你看到的不再是单一的氢色，而是一段被称为“宽线”的连续色彩。这段色彩范围越宽，速度最快的氢云飞得就越快——黑洞的质量也就越大。

许多天文学家据此推断，宇宙中散布着大量大质量黑洞，它们淹没了宿主星系中恒星的光芒。作为黑洞，这些小红点之所以呈现红色，是因为尘埃——一种比气体复杂得多的颗粒状物质——遮挡了它们的蓝光。

然而，它们看起来依然怪异。大多数超大质量黑洞在吞噬周围呈块状的物质流时会发生闪烁，同时向宇宙各个方向喷射强大的 X 射线。但大多数小红点似乎都不具备这两种特征。

不过这并未让天文学家过于担忧；他们预料在早期宇宙大混乱的时期会看到一些怪象。至少，这些黑洞并没有违背任何宇宙学理论。

随后，在 2025 年春天，德格拉夫和奈杜的团队公布了迄今为止发现的最奇异的两个光点。

一种新的解释

这两个小红斑的特殊之处在于它们有多红。Webb 在它们光谱中较蓝的波段几乎探测不到任何光，而在某个特定的红色波长处，亮度却陡然大幅飙升。这种特征被称为 Balmer break，通常只会在观测一团炽热的氢气球时看到——比如某些类型的恒星或星系（由大量恒星组成）。在恒星核心深处，核聚变不断产生光和热，再缓慢地传导到恒星表面。在那里，氢原子会被激发到一种特殊状态，挡住偏蓝的光，只让偏红的光透过。这些红光形成驼峰状的光谱，可以据此推算出恒星表面的整体温度。 但这些新发现的小红斑显然不可能是恒星——它们实在太亮了。它们看起来也不太像黑洞。黑洞拥有各种温度不同的环状结构，通常不会产生 Balmer break，也不会呈现那种驼峰状的红色曲线——后者意味着一个恒温在 5000 开尔文左右的恒星表面。 Naidu 和 de Graaff 断定，他们看到的是一种前所未见的天体：既有黑洞的强大能量，外表却像一颗恒星——一个“黑洞星”（black hole star）。 从外面看，黑洞星就像一大团氢气聚集而成的天体。如果把我们的太阳换成黑洞星，它的范围将延伸到冥王星轨道的十几倍之外。在靠近边缘的地方，这颗“恒星”会不稳定地翻腾，不断剥离外层、猛烈抛射物质。“这将是一个极其混乱的系统，物质不断被吹出去又掉回来，”de Graaff 说，“我可不想靠得太近。”

在恒星内部深处，对外界而言不可见的核心，由一个黑洞提供能量。这个黑洞会将周围的气体吸进来，使其剧烈升温并向外辐射光和能量，从而阻止外层氢向内坍缩。以此方式，黑洞充当了恒星的“引擎”，功能类似于太阳中驱动核聚变的星核。向外移动时，围绕黑洞旋转的物质会向外喷发出各种颜色的光，这些光逐渐向表面传播。与某些恒星一样，靠近表面的氢气会阻挡波长较短的蓝光，而允许波长较长的红光通过。de Graaff 和 Naidu 推测，最终结果将是一个充满气体的表面，其亮度与暴露程度更高的黑洞相当，但呈现出 5,000 开尔文恒星特有的巴尔默吸收线（Balmer break）和柔和的红光隆起。附带的好处是，气体形成的“茧”还会阻挡 X 射线，且气体不会剧烈闪烁——这可以解释其他小亮点围绕的两大谜团。

那么，那些宽谱线呢？它们通常被认为是由围绕黑洞高速旋转的氢气产生的。另一个研究小组提出了另一种可能的解释。

该小组包括曼彻斯特大学天文学家 Vadim Rusakov，他们一直在仔细研究观测数据最丰富的小亮点的宽谱线。宽谱线呈现出尖锐的尖峰形状。但 Rusakov 及其合作者注意到，在许多情况下，这些“山峰”的坡度比黑洞周围高速运动气体所产生的预期要平缓得多。因此，他们提出，这些氢颜色分布的大部分展宽并非来自旋转的气体，而是由光子在电子上的散射造成的。

Rusakov 表示，他们在数据中数字模拟并去除了这种由电子引起的模糊效应。之后，宽谱线看起来不再那么宽，反而更像是一种特定状态下、缓慢翻腾的氢气壳层产生的光谱，这与黑洞恒星模型预期的表现相符。这三个团队——de Graaff 团队、Naidu 团队和 Rusakov 团队——于 2025 年 3 月 20 日发布了他们的研究成果，一些研究人员戏称这一天为“黑洞恒星日”。

黑洞恒星或许代表了超大质量黑洞演化过程中的一个新阶段：首先，一个黑洞在氢壳层中心形成，其周围环绕着由普通恒星组成的幼年星系。随后，随着时间推移，黑洞会“啃”出它所在的茧，在驱散周围氢气层的过程中不断增长质量。

“我们看到的正是种子，”奈杜说，“这可能是宇宙中所有大质量黑洞的诞生瞬间。”

反对的声音

黑洞恒星理论的拥护者援引奥卡姆剃刀原则，辩称该理论能以最简洁的方式解释这两个小小红点，乃至更普遍的小小红点现象。但“简洁”本身就是主观的，过去一年来，天文学家们围绕这一现象究竟发生了什么展开了激烈争论。

尽管首个小小红点被发现已有数年，但相关结论远未定论。科尔比学院天体物理学家戴尔·科采夫斯基回忆道，在 2026 年 4 月科罗拉多州 Aspen 召开的一次会议上，他主持了一场关于小小红点的讨论。他起初试图总结一个他本以为毫无争议的观点——即这些红点中微量的蓝光成分。“结果小组内立刻爆发激烈争执，连第一个要点都没能顺利通过，”他说。

许多天文学家仍坚持认为小小红点是传统黑洞——包括新发现的那一对。剑桥大学的罗伯托·马伊奥利诺表示：“数据非常有说服力，但我对目前的解读持些许保留态度。”

针对每一个支持黑洞恒星理论的论点，马伊奥利诺都迅速抛出了反驳。为何没有闪烁？在宇宙早期，黑洞可能拥有更稳定的食物来源，因此进食过程可能更为规整。为何缺乏 X 射线？标准的星系黑洞周围环绕着厚厚的气体和尘埃环，足以遮挡大部分 X 射线。在他看来，没有理由怀疑这些小小红点不是普通的超大质量黑洞。

他说，这些新天体的红色非常醒目，他也同意这意味着黑洞和我们之间必定存在大量气体。但这些气体可能以环状结构的形式出现，也可能是弥漫在黑洞天空各处的蓬松云团，而非黑洞星周围那种气体外壳。Maiolino 也承认，电子散射很可能加剧了部分小红点光谱中谱线的展宽。但他指出，电子散射同样会使超大质量黑洞的氢谱线变宽。

Maiolino 和他的合作者、加州大学圣克鲁兹分校的 Piero Madau 认为，小红点的红色主要来自我们观测它们的角度。最红的那些小红点，恰好是我们从侧面看到的，其气体环挡住了视线。Webb 也观测到了一些“小蓝点”。Maiolino 和 Madau 在 2026 年春季发文指出，这些小蓝点可能就是同一批裸露的黑洞，只不过是从正上方看到的。他们还搬出了奥卡姆剃刀——在这个问题上，黑洞是对各种颜色的小点更简洁的解释。

在现阶段，无论黑洞还是黑洞星，这两种理论都能解释 Webb 望远镜的观测结果。“我不认为有什么充分的理由让人更倾向于其中一种，”马萨诸塞大学阿默斯特分校的天文学家 Mauro Giavalisco 说。他的职业生涯大部分时间都在解读遥远星系的光谱。

要检验各自的解释，天文学家需要更清楚地了解黑洞星可能如何形成，以及它们具体应该长什么样。

准恒星的回归

过去几年里，科罗拉多大学博尔德分校的 Mitchell Begelman 一直在开设一门关于小红点的研究生研讨课。这促使他持续阅读该领域源源不断涌现的论文。在这些既不完全是恒星、也不完全是黑洞的神秘天体中，他认出了自己过去的老朋友：准恒星。“突然间灵感一闪，我意识到，这就是准恒星本该有的样子，”Begelman 说。

Begelman 早在 2006 年便与 Marta Volonteri 和 Martin Rees 共同提出了准恒星（quasi-star）的存在，旨在解释当时观测到的那些看似不可能大质量的黑洞现象。

准恒星理论提供了一种生成黑洞星的路径：巨大气体云的核心坍缩，直接形成黑洞，并将气体云的其余部分聚集在其周围。

2025 年，Begelman 及其合作者 Jason Dexter 将准恒星模型应用于这些小而红的点。他们估计，准恒星在数百万年内迅速成形，随后进入更成熟的形态，外观上与这些红点无异。这一阶段将持续数千万年，时间足以让 Webb 望远镜捕捉到它们。

2026 年，Giavalisco 与团队进一步细化了准恒星模型，将其作为黑洞星的原点。他认为这是一种自然的解释方式，说明了这些红点如何掩盖了正在摄食的黑色洞特征。他指出，我们的太阳也玩着同样的把戏，只是规模小得多，隐藏了剧烈的核聚变过程。“每一秒都有数十亿颗氢弹在爆炸，但我们什么也看不见，”他说。

Giavalisco 及其合作者发现，他们新提出的准恒星模型对 de Graaf 和 Naidu 观测到的天体的光谱拟合，甚至优于早期模型。他认为准恒星理论是解释这些小而红的点的一种合理假说，但对他人的观点仍持开放态度。“我只想知道真相，”他说。

与此同时，研究人员开始寻找另一种区分模式：如果这些小而红的点是早期宇宙中形成的黑洞星，那么随着它们各自挣脱外壳、暴露出内部的黑洞，它们随时间推移应该变得愈发罕见。

在 2026 年 8 月进行的一次针对红点和蓝点在不同宇宙时期分布的普查中，Colby 学院的 Kocevski 及其合作者 确实找到了这一模式。数据显示，随着宇宙年龄接近 20 亿至 30 亿年，这些小而红的点似乎消失了——这是初步证据，表明作为黑洞星的小而红的点，可能确实是许多超大质量黑洞的一个类似青春期的阶段。

理论学家们已经开始探索这种类似“青春期”的阶段会呈现怎样的状态。在9月8日发布的另一项分析中，Naidu、de Graaff、Eilers及其合作者测试了多种技术，以推断黑洞星内部黑洞“种子”的质量。这些隐藏的黑洞似乎比标准裸露黑洞的质量小得多。科学家们提出，Webb 望远镜正在捕捉超大质量黑洞星——质量最高可达太阳的100万倍——孵化宇宙中首批巨型黑洞的过程。

包括 Kocevski 在内的一些研究人员仍持保留意见。Kocevski 怀疑宇宙环境复杂多变，确实有一些小红斑如同黑洞星学派所主张的那样具有类恒星特征。他认为，其余的小红斑则更像是标准黑洞，这与另一学派的观点一致。他说道：“我隐隐觉得，双方都有道理。”