Faits: A. Le 2 avril 2008, X._ a déposé plainte pénale contre son ex-ami, A._, au motif qu'il aurait commis des abus sexuels sur leur fils, Y._, né en 2005. A l'appui, elle alléguait que ce dernier s'était plaint de douleurs au niveau des testicules et de la région pelvienne et qu'interrogé à ce sujet, il lui avait répondu que son père "lui faisait bobo au zizi". Par décision du 18 juin 2009, le Juge d'instruction de l'arrondissement de Lausanne a prononcé un non-lieu en faveur de A._. Saisi d'un recours de X._, le Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal vaudois l'a rejeté par arrêt du 28 juillet 2009. B. Cet arrêt retient, en résumé, ce qui suit. B.a X._ et A._ se sont séparés au mois de mars 2006. L'enfant vit auprès de sa mère. Un droit de visite a été convenu en faveur du père, lequel est devenu litigieux. La plainte a été déposée dans le cadre d'un long conflit opposant les parents, au moment où le père envisageait d'effectuer des démarches pour obtenir la garde de l'enfant. B.b Entendu au sujet des accusations portées contre lui, A._ les a catégoriquement niées. B.c Dans un certificat médical du 26 août 2008, la Dresse B._, qui avait été consultée le 10 janvier 2008 par la plaignante, a relevé que l'enfant Y._ s'était laissé examiner sans difficultés et que ses organes génitaux externes ne présentaient pas d'anomalie. B.d Un rapport établi le 10 février 2009 par le Service universitaire de psychiatrie de l'enfant et de l'adolescent (SUPEA) indique que l'enfant a été vu à plusieurs reprises entre janvier et août 2008. Il ne fait état d'aucun trouble psychologique particulier. B.e Chargé par la Justice de paix de Lausanne de suivre l'enfant Y._, le Service de protection de la jeunesse (SPJ) a établi deux rapports en mars 2009. Selon ces rapports, les échanges entre A._ et son fils sont affectueux et leur relation est bien construite. Durant le laps de temps pendant lequel le droit de visite a été suspendu, l'enfant n'a cessé de demander à voir son père. L'enfant est bien équilibré et sociable. Sa mère présente en revanche une certaine fragilité, pouvant avoir une incidence sur la stabilité de l'enfant. Elle avait attendu plusieurs mois avant de déposer plainte et il apparaissait qu'elle instrumentalisait l'enfant dans sa relation avec le père de ce dernier. A._ avait la disponibilité et les compétences nécessaires pour s'occuper de l'enfant et il était important de préserver leur relation. B.f Entendue par la police et par le SPJ, la mère de la plaignante, C._, n'a émis aucun soupçon contre A._. B.g La plaignante a requis l'audition de trois autres personnes, soit de D._ et de E._, qui avaient été entendus par le SPJ, et de F._. Cette audition a toutefois été refusée, au motif qu'elle n'apporterait rien de plus et que la plaignante n'indiquait d'ailleurs pas en quoi auraient consisté les "comportements inquiétants de l'enfant" auxquels ces personnes auraient assisté. C. Agissant en son nom propre et au nom de son fils Y._, X._ forme un recours au Tribunal fédéral, pour violation de leur droit d'être entendu. Elle conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué, en sollicitant l'assistance judiciaire. Des déterminations n'ont pas été requises.