天文学家首次从“宇宙黎明”号上发现合并类星体

尽管宇宙浩瀚无垠，星系仍在碰撞、合并甚至重叠。现在，一个国际天文学家小组发现了迄今为止发现的最遥远的一对类星体。这两个星系核正在相互合并，尘埃和气体落入中心的超大质量黑洞。像所有类星体一样，这对类星体发出巨大的光，但这个充满活力的二人组的历史可以追溯到宇宙黎明。这项研究发表在《天体物理学杂志快报》上，揭示了一些关于这些神秘宇宙天体的秘密。

什么是类星体？

自大爆炸后的第一秒起，我们的宇宙已经膨胀了近 140 亿年。早期，宇宙要小得多，形成的星系更有可能相互作用和合并。

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这些星系合并是类星体（极其明亮的星系核）的燃料，其中的气体和尘埃落入中心的超大质量黑洞。尽管名字如此，但这些巨大的中心黑洞会发出巨大的光。

天文学家在回顾早期宇宙时似乎会发现几对彼此非常接近的类星体，而它们的宿主星系正在发生合并。然而，到目前为止，他们还没有发现这一时期这些星系合并的证据。

什么是再电离时代？

在这项新研究中，研究小组使用了夏威夷地面双子座北望远镜的数据。他们证实，他们发现的一对类星体可以追溯到宇宙黎明时期——大约在大爆炸后 5000 万到 10 亿年。就在那时，恒星和星系开始出现，黑暗的宇宙第一次充满了光明。

科学家将大爆炸后约 4 亿年内宇宙形成的时期称为“宇宙黎明”时期，即再电离时期。来自第一批恒星、星系和类星体的紫外线扩散到宇宙中。这些光还进行了一个称为电离的过程——从早期宇宙的氢原子中剥离电子。

据天文学家称，再电离时代及其氢的剥离是宇宙历史上的关键时期。它标志着宇宙黑暗时代的结束，也是我们今天从地球上看到的大型、明亮的结构的开始。

看到红色

为了更好地了解类星体在再电离时代所扮演的确切角色，天文学家正在寻找宇宙早期遥远时期的类星体。

“再电离时期类星体的统计特性告诉了我们很多事情，例如再电离的进程和起源、宇宙黎明期间超大质量黑洞的形成，以及类星体宿主星系的最早演化，”研究报告的共同作者、日本爱媛大学天文学家松冈芳树在一份声明中说。

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此前，在再电离时期，人们发现了大约 300 个类星体，但没有一个是成对出现的。虽然也有一些其他的类星体双星候选者，但据该团队称，很难将它们与单个类星体产生的潜在引力透镜区分开来。

当松冈和团队查看用斯巴鲁望远镜的超级超级相机拍摄的图像时，他们注意到了一点淡淡的红色。

“在筛选类星体候选者的图像时，我注意到两个相似的、颜色极红的光源相邻，”松冈说。“这一发现纯属偶然。”

起初，研究小组并不完全确定他们看到的是否是一对类星体。遥远的类星体候选体通常会受到多种其他光源的污染，包括前景恒星、其他星系以及引力透镜效应。为了近距离观察，研究小组使用斯巴鲁望远镜上的暗淡物体相机和光谱仪 (FOCAS) 和双子座北站上的双子座近红外光谱仪 (GNIRS) 进行了后续光谱分析。

松冈说：“我们从 GNIRS 观测中了解到，这些类星体太暗，无法在近红外波段探测到，即使使用地面上最大的望远镜之一也无法探测到。”

大型合并

研究团队估计，在可见光波长范围内探测到的部分光线实际上并非来自类星体本身。相反，它们的宿主星系中正在进行恒星形成。研究团队还发现，中心的两个黑洞相当大——大约是太阳质量的 1 亿倍。再加上两个类星体之间存在气体桥，这表明它们正在经历一次大型合并。

松冈表示：“人们早就预料到再电离时期会存在合并类星体。现在终于首次得到证实。”

再电离时代本身是宇宙结构最早形成和数十亿年后我们观察到的复杂宇宙之间的一座隐喻性的宇宙桥梁。研究这个时代的一些宇宙最遥远的物体可以帮助天文学家深入了解再电离和我们宇宙第一批物体的形成。美国国家科学基金会-能源部维拉·C·鲁宾天文台为期十年的“空间与时间遗产调查”（LSST）计划于明年开始，并可能探测到更多冷类星体。