意外的雙類星體被發(fā)現(xiàn)：一對合并的星系在碰撞過程中引燃了黑洞

類星體是宇宙中最明亮的焰火之一。它們散布在天空中，閃爍著超過1000億顆恒星的光輝，但它們耀眼時(shí)間相對短暫，這是因?yàn)樗鼈冇韶澙返某筚|(zhì)量黑洞提供動(dòng)力，吞噬了大量被加熱到高溫的氣體和灰塵。但是類星體的“自助餐”只能持續(xù)這么長的 時(shí)間。

類星體的這種轉(zhuǎn)瞬即逝的特性幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)相互碰撞的類星體。它們被嵌入到100億年前相互碰撞的一對星系中。在遙遠(yuǎn)的宇宙中發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)充滿活力的二人組是很罕見的。這次探測提供了一些線索，說明宇宙在很久以前是多么的不穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)星系更頻繁地碰撞，黑洞被近距離接觸的碎片和噴射物充斥著。

由于這兩顆類星體隨著燃料的流入而以不同的速度閃爍，它們被確定為發(fā)生在太空中的不尋常活動(dòng)。哈勃放大后清楚地解析了這對類星體，以及它們的主星系。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的一對類星體，在宇宙只有30億年的時(shí)候就已經(jīng)存在。它們被嵌入到一對碰撞的星系中。這些類星體之間的距離還不到一個(gè)星系的大小。類星體由貪婪的超大質(zhì)量黑洞提供動(dòng)力，當(dāng)它們吞噬氣體、塵埃和在其引力范圍內(nèi)的任何其他東西時(shí)，它們會(huì)爆發(fā)出兇猛的能量噴泉。這些黑洞最終將合并。

早期的宇宙是一個(gè)喧鬧的地方，星系經(jīng)常相互碰撞，甚至合并在一起。

尋找近距離雙星類星體是一個(gè)相對較新的研究領(lǐng)域，在過去10～15年里剛剛發(fā)展起來。今天強(qiáng)大的新觀測站使天文學(xué)家能夠確定兩個(gè)類星體同時(shí)活動(dòng)的情況，而且距離足夠近，最終會(huì)合并。

越來越多的證據(jù)表明，大型星系是通過合并建立起來的。較小的系統(tǒng)聚集在一起，形成更大的系統(tǒng)和越來越大的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，應(yīng)該有成對的超大質(zhì)量黑洞在合并的星系中形成。研究人員稱：“了解黑洞的祖先群體將最終告訴我們早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的出現(xiàn)，以及這些合并可能有多頻繁”。

伊利諾伊大學(xué)香檳分校的劉昕說：“我們正在開始揭開早期二元類星體群的這一冰山一角。這是這項(xiàng)研究的獨(dú)特之處。它實(shí)際上是在告訴我們這個(gè)群體的存在，而且現(xiàn)在我們有一種方法來識別相隔不到一個(gè)星系大小的雙類星體。”

這是一次大海撈針式的搜索，需要美國宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和夏威夷的W.M.Keck天文臺的聯(lián)合力量。夏威夷國際雙子座天文臺、美國國家科學(xué)基金會(huì)在新墨西哥州的卡爾-G-揚(yáng)斯基超大型陣列和美國國家航空航天局的錢德拉X射線天文臺的多波長觀測也有助于了解這個(gè)動(dòng)態(tài)的二重奏。而且，歐空局的蓋亞空間觀測站首先幫助識別了這個(gè)雙類星體。

研究人員表示：“哈勃的靈敏度和分辨率提供了圖片，使我們能夠排除我們所看到的其他可能性。哈勃顯示，這確實(shí)是一對真正的超大質(zhì)量黑洞，而不是由前景引力透鏡產(chǎn)生的同一類星體的兩個(gè)圖像。而且，哈勃顯示了兩個(gè)星系合并后的潮汐特征，即引力扭曲了星系的形狀，形成了兩顆星星的尾巴。”

然而，僅憑哈勃的銳利分辨率還不足以去尋找這些雙光信標(biāo)。研究人員請來了2013年發(fā)射的Gaia，以確定潛在的雙類星體候選者。Gaia非常精確地測量附近天體的位置、距離和運(yùn)動(dòng)。但在一項(xiàng)新技術(shù)中，它可以被用來探索遙遠(yuǎn)的宇宙。Gaia的龐大數(shù)據(jù)庫可以用來搜索模仿附近恒星表面運(yùn)動(dòng)的類星體。類星體在Gaia數(shù)據(jù)中顯示為單個(gè)物體，因?yàn)樗鼈冸x得很近。然而，Gaia可以捕捉到一種微妙的、意想不到的“抖動(dòng)”，模仿它所觀測的一些類星體的明顯位置變化。

實(shí)際上，這些類星體并沒有以任何可測量的方式在空間中移動(dòng)。相反，它們的抖動(dòng)可能是光的隨機(jī)波動(dòng)的證據(jù)，因?yàn)檫@對類星體的每個(gè)成員的亮度在幾天到幾個(gè)月的時(shí)間尺度上都有變化，這取決于它們的黑洞的進(jìn)食計(jì)劃。這對類星體之間的亮度交替，類似于從遠(yuǎn)處看到一個(gè)鐵路過路信號。當(dāng)靜止的信號燈兩邊的燈光交替閃爍時(shí)，信號燈就會(huì)產(chǎn)生“抖動(dòng)”的錯(cuò)覺。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，由于引力使空間像游樂場的鏡子一樣扭曲，一個(gè)前景星系可以將一個(gè)遙遠(yuǎn)的類星體的圖像分成兩個(gè)，造成它確實(shí)是一對雙星的錯(cuò)覺。

因?yàn)楣Q視的是遙遠(yuǎn)的過去，這個(gè)雙類星體已經(jīng)不存在了。在間隔的100億年里，它們的宿主星系很可能已經(jīng)沉淀為一個(gè)巨大的橢圓星系，就像今天在本地宇宙中看到的那些。而且，這些類星體已經(jīng)合并成了一個(gè)巨大的、位于其中心的超大質(zhì)量黑洞。附近的巨型橢圓星系M87有一個(gè)巨大的黑洞，質(zhì)量是太陽的65億倍。也許這個(gè)黑洞是在過去幾十億年里從一個(gè)或多個(gè)星系的合并中生長出來的。

即將到來的美國宇航局南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡具有與哈勃相同的視覺敏銳度，是獵取二元類星體的理想選擇。哈勃一直被用來為單個(gè)目標(biāo)煞費(fèi)苦心地采集數(shù)據(jù)，但是羅曼望遠(yuǎn)鏡的超大廣角使得它的宇宙紅外視野比哈勃的大200倍。那里的很多類星體可能是雙星系統(tǒng)，羅曼望遠(yuǎn)鏡可以在這個(gè)研究領(lǐng)域做巨大的改進(jìn)。