叠加217个“小红点”，90后教授找到黑洞成长新线索
叠加217个“小红点”，90后教授找到黑洞成长新线索
宇宙已走过约138亿年。詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）升空后，天文学家在宇宙诞生后不到10亿年的“婴儿期”，发现了一批尺寸小、颜色红、结构致密的神秘天体，被称为“小红点”。若将它们的亮光全部归因于恒星，有些“小红点”推算出的恒星质量可达数百亿乃至上千亿个太阳质量，仿佛“3岁的孩子突然长成成年人”。
更让天文学家费解的是，许多“小红点”的光谱中出现了异常宽的氢发射线，暗示它们中心很可能藏着正在快速吸积的超大质量黑洞；但在X射线、光变等方面，它们又与人们熟悉的传统活动星系核大不相同。这些神秘的“小红点”究竟是什么？
武汉大学物理科学与技术学院天文系教授丁旭恒团队通过分析217个“小红点”，在其明亮的中心点源之外，探测到了此前难以看见的微弱延展光，并首次在统计意义上揭示出它们的致密宿主星系。8月24日，相关成果发表于《自然·天文学》。
丁旭恒（右一）与团队合照。受访者供图
叠起217个“小红点”
2023年结束海外博士后工作后，1991年出生的丁旭恒选择回国。2024年2月加入武汉大学后不久，他便和硕士研究生张艺阳一起把目光投向了“小红点”。
当时，国际上许多关于“小红点”的研究都把目光集中在光谱上，希望从一道道谱线中寻找中心黑洞及其活动的线索。长期从事星系演化和观测天体物理研究的丁旭恒，却更关心另一个问题：如果“小红点”中心真的藏着正在快速成长的超大质量黑洞，那么承载黑洞的宿主星系在哪里？为什么一直没有被看见？
于是，他们没有继续追着中心亮点“看光谱”，而是转向JWST图像，试图寻找那些可能被中心强光淹没的宿主星系结构。
“小红点”在单幅图像上几乎就是一个点，即使拟合并扣掉中心点源，外围可能存在的宿主星系也太暗，很容易和背景噪声混在一起。针对单个目标，用不同模型甚至可能得到不同答案。
“既然一个看不清，就看一群。”丁旭恒告诉《中国科学报》。团队从COSMOS-Web天区筛选出217个“小红点”，逐一扣除中心点源，再把残差图对齐中心后叠加。当所有图像汇聚在一起，随机噪声逐渐退去，原本淹没其中的微弱星系光开始显现。
2024年下半年，一圈环状微光从噪声中浮现。这并不意味着“小红点”周围真的存在一个光环，而是一个重要的统计信号：如果这些天体真的只是单一点源，扣除中心点源后就不应该留下这样的结构。环状残光的出现表明，其外围还存在此前难以看见的延展光。
为了确认这圈光不是图像处理造成的假象，团队更换点扩散函数、并用不同方法和样本反复验证。从发现信号到论文发表，又花去了近两年。
面对第一次经历这种漫长投稿过程的学生，90后的丁旭恒一边改稿，一边给学生打气。在他的团队里，师生讨论很少有拘束感，“学生来了就坐下，大家拿杯咖啡开始聊”。