Faits: A. Par ordonnance du 14 mai 2009, le Juge d'instruction de l'arrondissement de Lausanne a renvoyé D.X._ devant le Juge de police de l'arrondissement de Lausanne, comme prévenue de lésions corporelles simples qualifiées et de voies de fait qualifiées, et a prononcé un non-lieu en faveur de Y._. Il était reproché à D.X._, qui vit séparée de son mari, d'avoir, entre septembre 2005 et août 2008, infligé de mauvais traitements à ses enfants, A.X._, B.X._ et C.X._, nés, respectivement, en 1994, 1995 et 1997. Y._, frère de D.X._, avait également été mis en cause du fait d'avoir frappé les enfants: en août 2006, alors qu'il les ramenait en voiture chez leur mère dans le canton de Zürich, et en septembre 2006, à la gare de Lausanne, où il était venu les chercher. Il a bénéficié d'un non-lieu, faute d'indices suffisants de culpabilité. B. Agissant par l'entremise de l'avocate qui leur avait été désignée en vertu de la LAVI, A.X._, B.X._ et C.X._ ont recouru contre le non-lieu prononcé en faveur de Y._ auprès du Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal vaudois, qui a rejeté leur recours par arrêt du 23 juin 2009, mettant les frais à leur charge en application de l'art. 307 CPP/VD. C. A.X._, B.X._ et C.X._ forment un recours en matière pénale au Tribunal fédéral. Se plaignant d'arbitraire dans l'appréciation des preuves et de leur condamnation aux frais, ils concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué. Ils sollicitent l'assistance judiciaire. Des déterminations n'ont pas été requises. 