导读：清华大学天文系，与莱顿大学天文台合作，利用地面凯克望远镜（Keck）和双子座望远镜（Gemini）光谱观测，成功认证了23个“宇宙正午”时期（z = 0.88–3.49）最为明亮的隐匿类星体（Type-2 QSOs）。团队使用暗能量物质巡天（DESI）和宽视场红外巡天(WISE)的测光数据进行选源，填补了国际上隐匿类星体选源方法的空白。这些隐匿类星体的光谱能量分布以及光谱特征与 JWST 近期发现的“小红点”（LRDs）相似，为理解宇宙早期超大质量黑洞的增长历史及类星体的族群性质等问题提供了线索。系列研究的两篇文章发表于《皇家天文学会月报》（MNRAS）。
不为人知的超大质量黑洞：寻找宇宙中的隐匿类星体
类星体是宇宙中最明亮的天体之一，由超大质量黑洞吸积物质释放巨大能量而形成。根据原有的经典统一模型，观测者视线若被尘埃环遮挡，则只能看到窄发射线，此类天体被称为“隐匿（Type-2）类星体”；反之，若能看到宽发射线和明亮的连续谱，则为“显露（Type-1）类星体”。然而，“隐匿类星体”在光学波段非常暗淡，尤其是在高红移宇宙中，对其进行全面普查并理解其物理本质一直是天体物理学的难点。
图1:一个隐匿类星体候选体从光学到红外波段的测光图像，通过“红外亮、光学暗或极红”的选择标准被筛选出来。
为了填补国际上没有较为完备的隐匿类星体筛选方法的空白，研究团队利用暗能量物质巡天（DESI）和宽视场红外巡天(WISE)的测光数据，在斯隆数字巡天（SDSS）的Stripe82区域中设定了“红外亮、光学暗或极红”的选择标准，成功筛选出24个候选体。随后，团队利用地面上最先进的凯克望远镜（Keck）和双子座望远镜（Gemini）进行了精细的光谱观测。结果显示，24个候选体中的23个被成功证认为隐匿类星体，红移覆盖 z = 0.88–3.49，成功率高达96%。更为重要的是，其中12个类星体位于 z > 2，极大地丰富了“宇宙正午”时期隐匿类星体的样本。
挑战认知的光谱多样性：宽线隐匿类星体
根据经典的“活动星系核统一模型”，观测者视线方向的不同是决定我们看到“裸露”的宽线类星体还是“隐藏”的窄线类星体的主要原因。然而，此次研究发现的隐匿类星体在光谱特征上表现出复杂的多样性：尽管所有目标都符合遮蔽类星体的光学特征，但其中约三分之一（8个）在近红外波段显示出宽达每秒2000公里以上的氢原子发射线，这通常只在“裸露”的类星体中才会出现。这一发现表明，宇宙这一时期的黑洞生长的多样性比之前理论预期的还要丰富，并且这两种类星体的区别并不只能用活动星系核统一模型来解释。
图2:左侧：一个隐匿类星体的Keck和Gemini光谱,展示了表现出“宽 Ha 但窄 Lya”的奇特组合。右侧：此次研究发现的隐匿类星体在发射线线宽分布上具有惊人的多样性。
搭建桥梁：连接低红移宇宙与JWST新发现
詹姆斯韦布空间望远镜（JWST） 近期发现的高红移“小红点”（LRD）数量极其庞大，其背后的物理本质尚在激烈争论中，且它们主要存在于 z > 4 的早期宇宙。本次研究发现的隐匿类星体的光谱能量分布研究（SED）表明，这些类星体在紫外/光学波段的形状与“小红点”相似，并且同样表现出宽发射线的光谱特征。此次研究中发现的隐匿类星体恰好位于红移 z ~ 2-3 的“宇宙正午”时期。它们如同一个的“桥梁”，将低红移（z < 1）已知的隐匿类星体与 JWST 在高红移发现的神秘“小红点”连接起来。这表明，宇宙在中年期同样存在着一大类此前未被充分认识的的隐匿黑洞增长现象。对这些天体的深入研究，将直接帮助我们理解 JWST 新发现天体的本质，并精确描绘超大质量黑洞在整个宇宙历史中的增长图谱。
图3: 关于此次研究发现的隐匿类星体的光谱能量特征拟合研究发现，这些隐匿类星体的光来自中心的超大质量黑洞、宿主星系还有热的尘埃环。同时，这些类星体在紫外/光学波段的形状与JWST近期发现的高红移“小红点”非常相似。
该系列研究成果以“Luminous mid-IR selected obscured quasars at cosmic noon in SDSS Stripe82”为主题，分为两部分发表于《皇家天文学会月报》（MNRAS）。第一部分“Selection, composite photometry, and spectral energy distributions”已于2025年4月发表，第二部分“spectroscopic diversity and broad Ha emissions”已于2025年10月发表。
天文系和莱顿大学天文台联合培养博士生王犇为系列论文的第一作者及通讯作者，莱顿天文台的Joseph Hennawi教授、清华大学天文系蔡峥副教授为该项目指导教师及论文共同作者。合作单位包括荷兰莱顿天文台、加州大学圣巴巴拉分校、麻省理工学院、德雷塞尔大学、约翰斯·霍普金斯大学、普林斯顿高等研究院、汉堡天文台等。该工作得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、清华大学自主科研计划等项目的支持。
