意外的双类星体被发现：一对合并的星系在碰撞过程中引燃了黑洞

来源：cnBeta 　2023-04-06 22:31:18

类星体是宇宙中最明亮的焰火之一。它们散布在天空中，闪烁着超过1000亿颗恒星的光辉。而且，就像7月4日灿烂的空中信号弹一样，它们的耀眼时间相对短暂--在宇宙的时间尺度上。这是因为它们由贪婪的超大质量黑洞提供动力，吞噬了大量被加热到高温的气体和灰尘。但是类星体的"自助餐"只能持续这么长时间。

类星体的这种转瞬即逝的特性帮助天文学家发现了两个相互碰撞的类星体。它们被嵌入到100亿年前相互碰撞的一对星系中。在遥远的宇宙中发现这样一个充满活力的二人组是很罕见的。这次探测提供了一些线索，说明宇宙在很久以前是多么的不稳定，当时星系更频繁地碰撞，黑洞被近距离接触的碎片和喷射物充斥着。

(资料图片)

由于这两颗类星体随着燃料的流入而以不同的速度闪烁，它们被确定为发生在太空中的不寻常活动。哈勃放大后清楚地解析了这对类星体，以及它们的主星系。

哈勃太空望远镜拍摄的一对类星体，在宇宙只有30亿年的时候就已经存在。它们被嵌入到一对碰撞的星系中。这些类星体之间的距离还不到一个星系的大小。类星体由贪婪的超大质量黑洞提供动力，当它们吞噬气体、尘埃和在其引力范围内的任何其他东西时，它们会爆发出凶猛的能量喷泉。这些黑洞最终将合并。资料来源：美国宇航局，欧空局，陈玉清（UIUC），黄祥志（IAS），Nadia Zakamska（JHU），沈玥（UIUC）。

早期的宇宙是一个喧闹的地方，星系经常相互碰撞，甚至合并在一起。利用美国宇航局的哈勃太空望远镜和其他空间和地面观测站，天文学家在调查这些发展时有了一个意想不到的罕见发现：一对受引力约束的类星体，它们都在两个合并的星系内炽热地燃烧着。它们存在于宇宙只有30亿年历史的时候。

类星体是由贪婪的超大质量黑洞驱动的明亮物体，当它们吞噬气体、尘埃和在其引力范围内的任何其他东西时，它们会爆发出凶猛的能量喷泉。

寻找近距离双星类星体是一个相对较新的研究领域，在过去10到15年里刚刚发展起来。今天强大的新观测站使天文学家能够确定两个类星体同时活动的情况，而且距离足够近，最终会合并。

越来越多的证据表明，大型星系是通过合并建立起来的。较小的系统聚集在一起，形成更大的系统和越来越大的结构。在这个过程中，应该有成对的超大质量黑洞在合并的星系中形成。"陈说："了解黑洞的祖先群体将最终告诉我们早期宇宙中超大质量黑洞的出现，以及这些合并可能有多频繁。

伊利诺伊大学香槟分校的刘昕说："我们正在开始揭开早期二元类星体群的这一冰山一角。这是这项研究的独特之处。它实际上是在告诉我们这个群体的存在，而且现在我们有一种方法来识别相隔不到一个星系大小的双类星体。"

这是一次大海捞针式的搜索，需要美国宇航局的哈勃太空望远镜和夏威夷的W.M. Keck天文台的联合力量。夏威夷国际双子座天文台、美国国家科学基金会在新墨西哥州的卡尔-G-扬斯基超大型阵列和美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台的多波长观测也有助于了解这个动态的二重奏。而且，欧空局（European Space Agency）的盖亚空间观测站首先帮助识别了这个双类星体。

陈说："哈勃的灵敏度和分辨率提供了图片，使我们能够排除我们所看到的其他可能性。哈勃明确显示，这确实是一对真正的超大质量黑洞，而不是由前景引力透镜产生的同一类星体的两个图像。而且，哈勃显示了两个星系合并后的潮汐特征，即引力扭曲了星系的形状，形成了两颗星星的尾巴。"

然而，仅凭哈勃的锐利分辨率还不足以去寻找这些双光信标。研究人员请来了2013年发射的Gaia，以确定潜在的双类星体候选者。Gaia非常精确地测量附近天体的位置、距离和运动。但在一项新技术中，它可以被用来探索遥远的宇宙。Gaia的庞大数据库可以用来搜索模仿附近恒星表面运动的类星体。类星体在Gaia数据中显示为单个物体，因为它们离得很近。然而，Gaia可以捕捉到一种微妙的、意想不到的"抖动"，模仿它所观测的一些类星体的明显位置变化。

实际上，这些类星体并没有以任何可测量的方式在空间中移动。相反，它们的抖动可能是光的随机波动的证据，因为这对类星体的每个成员的亮度在几天到几个月的时间尺度上都有变化，这取决于它们的黑洞的进食计划。这对类星体之间的亮度交替，类似于从远处看到一个铁路过路信号。当静止的信号灯两边的灯光交替闪烁时，信号灯就会产生"抖动"的错觉。

另一个挑战是，由于引力使空间像游乐场的镜子一样扭曲，一个前景星系可以将一个遥远的类星体的图像分成两个，造成它确实是一对双星的错觉。

因为哈勃窥视的是遥远的过去，这个双类星体已经不存在了。在间隔的100亿年里，它们的宿主星系很可能已经沉淀为一个巨大的椭圆星系，就像今天在本地宇宙中看到的那些。而且，这些类星体已经合并成了一个巨大的、位于其中心的超大质量黑洞。附近的巨型椭圆星系M87有一个巨大的黑洞，重量是我们太阳质量的65亿倍。也许这个黑洞是在过去几十亿年里从一个或多个星系的合并中生长出来的。

即将到来的美国宇航局南希-格雷斯-罗曼太空望远镜具有与哈勃相同的视觉敏锐度，是猎取二元类星体的理想选择。哈勃一直被用来为单个目标煞费苦心地采集数据。但是Roman的非常广角的宇宙红外视野比哈勃的大200倍。那里的很多类星体可能是双星系统，罗曼望远镜可以在这个研究领域做巨大的改进。

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