哈勃意外在遥远宇宙中发现双类星体

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。利用国家航空航天局的 哈勃太空望远镜 和其他太空和地面天文台，研究这些发展的天文学家有了一个意想不到的罕见发现：一对受引力束缚的类星体，它们都在两个合并的星系内燃烧。当宇宙只有 30 亿年时，它们就存在了。

类星体是明亮的物体，由贪婪的超大质量黑洞提供动力，当它们吞噬气体、尘埃和它们引力控制范围内的任何其他物质时，会喷出凶猛的能量喷泉。

“在宇宙的这个早期阶段，我们没有看到很多双类星体。这就是为什么这一发现如此令人兴奋，”伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的研究生 Yu-Ching Chen 说，他是这篇文章的主要作者学习。

寻找邻近的双类星体是过去 10 到 15 年才刚刚发展起来的一个相对较新的研究领域。今天强大的新天文台使天文学家能够识别两个类星体同时活跃并且距离足够近以至于它们最终会合并的实例。

越来越多的证据表明，大型星系是通过合并形成的。较小的系统聚集在一起形成更大的系统和更大的结构。在此过程中，合并的星系中应该会形成成对的超大质量黑洞。“了解黑洞的祖先种群最终将告诉我们早期宇宙中超大质量黑洞的出现，以及这些合并的频率，”陈说。

“我们开始揭开早期双类星体种群的冰山一角，”伊利诺伊大学香槟分校的 Xin Liu 说。“这是这项研究的独特之处。它实际上是在告诉我们这个种群是存在的，现在我们有了一种方法来识别相距小于单个星系大小的双类星体。”

这是大海捞针式的搜索，需要 NASA 哈勃太空望远镜和 夏威夷WM 凯克天文台的联合力量。 来自夏威夷 国际双子座天文台、国家科学基金会 位于新墨西哥州 的Karl G. Jansky 甚大阵列和宇航局钱德拉 X 射线天文台的多波长观测 也有助于了解动态二重奏。而且， ESA(欧洲航天局)的盖亚 太空天文台首先帮助识别了这个双类星体。

“哈勃的灵敏度和分辨率提供的图片使我们能够排除我们所看到的其他可能性，”陈说。哈勃望远镜明确地表明，这确实是一对真正的超大质量黑洞，而不是前景引力透镜产生的同一类星体的两幅图像。而且，哈勃显示了两个星系合并的潮汐特征，重力扭曲了星系的形状，形成了两条恒星尾巴。

然而，单凭哈勃的锐利分辨率还不足以寻找这些双光信标。研究人员招募了 Gaia(于 2013 年发射)来确定潜在的双类星体候选者。盖亚非常精确地测量附近天体的位置、距离和运动。但在一种新颖的技术中，它可以用来探索遥远的宇宙。盖亚庞大的数据库可用于搜索模仿附近恒星视运动的类星体。类星体在盖亚数据中显示为单个物体，因为它们靠得很近。然而，盖亚可以捕捉到一个微妙的、意想不到的“抖动”，模仿它观察到的一些类星体位置的明显变化。

实际上，类星体并没有以任何可测量的方式在太空中移动。相反，它们的抖动可能是光随机波动的证据，因为类星体对的每个成员的亮度在几天到几个月的时间尺度上都在变化，这取决于它们的黑洞的进食时间表。类星体对之间的这种交替亮度类似于从远处看到铁路交叉口信号。由于固定信号两侧的灯交替闪烁，该标志给人一种“摇晃”的错觉。

另一个挑战是，由于引力像游乐园的镜子一样扭曲空间，前景星系可以将遥远类星体的图像一分为二，造成它实际上是一对双星的错觉。凯克望远镜被用来确保我们和疑似双类星体之间没有透镜星系。

因为哈勃观测到遥远的过去，这个双类星体已不复存在。在这之后的 100 亿年里，它们的宿主星系可能已经形成了一个巨大的椭圆星系，就像今天在本地宇宙中看到的那样。而且，类星体在其中心合并成为一个巨大的超大质量黑洞。附近的巨型椭圆星系 M87 有一个巨大的黑洞，其质量是太阳质量的 65 亿倍。也许这个黑洞是在过去数十亿年中从一次或多次星系合并中成长起来的。

即将推出的 NASA Nancy Grace Roman 太空望远镜具有与哈勃望远镜相同的视敏度，是寻找二元类星体的理想选择。哈勃望远镜已被用来为单个目标煞费苦心地获取数据。但是罗曼的超广角红外宇宙视图比哈勃望远镜大 200 倍。“那里有很多类星体可能是双星系统。罗马望远镜可以在这个研究领域做出巨大的改进，”刘说。

结果 将发表在 4 月 5 日的 《自然》杂志上。