北京時間 5 月 19 日消息，據(jù)國外媒體報道，數(shù)十億年后，銀河系中的“居民”看到的夜空將與我們今天全然不同。兩個如滿月一般、甚至比滿月更亮的天體將會高懸空中，使其它所有星星都黯然失色。這兩個炫目的“燈泡”其實是一對類星體，由銀河系與附近的仙女座星系相撞形成。
▲這張模擬圖顯示了一對類星體不斷閃爍的明亮光芒。天文學家在近期一項研究中推斷出，它們不斷閃爍的光線可以說明存在兩顆類星體，而非單個天體。
類星體的光芒來自黑洞瘋狂吞噬物質(zhì)的過程中釋放出的大量輻射。銀河系和仙女座星系中央都有黑洞，如同兩名沉睡的巨人。但這種狀況只會維持到兩個星系相撞之前。等到相撞之時，它們將變得極為致命、也極為炫目。這對類星體釋放出的巨量輻射或?qū)⑹剐行潜砻孀兂梢黄幻?，將無數(shù)地外文明抹除一空。
這樣的“死亡之星”聽上去好似科幻小說中的場景。但真實的宇宙比小說更離奇。同樣的故事其實在很久之前的兩對遙遠星系中也上演過。這四個星系中央各有一個明亮的類星體，正處于合并過程中。隨著兩個星系越靠越近，它們的類星體也是如此。而哈勃望遠鏡成功拍下了這一畫面。此次發(fā)現(xiàn)為我們提供了一次研究早期宇宙中星系相撞事件的機會。遠古類星體在宇宙中非常分散，因此能發(fā)現(xiàn)這些類星體對可謂再幸運不過。據(jù)天文學家估計，在每一千顆類星體中，只有一顆屬于真正的雙類星體。
哈勃望遠鏡發(fā)現(xiàn)的這對類星體可追溯至 100 億年前。天文學家在使用哈勃望遠鏡時發(fā)現(xiàn)，這對類星體之間的距離如此之近，在地面望遠鏡拍下的照片中就如同一個星體一般，但哈勃清晰的視野為我們揭露了事情的真相。
▲這兩張由哈勃望遠鏡拍攝的圖片顯示了兩對 100 億年前的類星體，分處四個正在合并的星系中央。然而我們看不見這些星系，因為即便是對哈勃望遠鏡而言，它們也太過黯淡了。每對類星體之間的距離只有 1 萬光年，是宇宙同一時期的類星體對中，目前觀察到的距離最近的兩對。
研究人員認為，這兩個類星體之所以如此靠近彼此，是因為它們各自所處的星系正在合并之中。不僅如此，該團隊在另外兩個相撞的星系中，又發(fā)現(xiàn)了另一對類星體。
類星體如同星系中央的一座明亮的燈塔，其亮度可以使整個星系都顯得黯然無光。它們的能量來自不斷吞食物質(zhì)、釋放輻射的超大質(zhì)量黑洞。這四顆類星體的發(fā)現(xiàn)，為我們提供了一條研究早期宇宙中星系碰撞與超大質(zhì)量黑洞合并的新思路。
類星體分散在宇宙各處，大多數(shù)形成于 100 億年前。在那段時間里，發(fā)生了大量星系合并，為黑洞提供了“食物”。因此天文學家猜想，當時應該形成了許多雙類星體。這是星系形成巔峰期的第一個雙類星體案例，我們可以利用它來研究超大質(zhì)量黑洞是如何逐漸靠近、并最終形成雙黑洞系統(tǒng)的
研究團隊目前正在借助哈勃望遠鏡、歐空局蓋婭太空望遠鏡、斯隆數(shù)字巡天望遠鏡、以及多臺地面望遠鏡，對早期宇宙中的類星體對開展研究分析，這些觀測非常重要，因為類星體在星系相撞中扮演的角色在星系形成過程中起到了舉足輕重的作用。當兩個距離較近的星系的引力使彼此開始扭曲時，二者之間的相互作用會導致物質(zhì)流入黑洞中，從而激活各自的類星體。
隨著時間的推移，這些高密度“燈泡”釋放出的輻射會形成強大的星系風，將正在合并的星系中的大多數(shù)氣體一掃而空。沒有了氣體，恒星的形成就會停止，星系也會因此演變成為橢圓星系。天文學家目前已在正在合并中的星系中發(fā)現(xiàn)了 100 多個雙類星體，但都沒有本次研究中發(fā)現(xiàn)的兩個雙類星體這么古老。
哈勃望遠鏡拍攝的圖像顯示，每對類星體之間的距離僅為 1 萬光年左右。相比之下，太陽距銀河系中央的超大質(zhì)量黑洞足有 2.6 萬光年之遙。這兩對類星體所在的星系遲早會兩兩合并，類星體也會合二為一，形成一個質(zhì)量更大的黑洞。找到它們并不容易。哈勃是唯一一臺目光足夠尖銳、能夠看到早期宇宙并將兩顆遙遠類星體區(qū)分開的望遠鏡。然而，僅憑哈勃望遠鏡的高分辨率，還不足以發(fā)現(xiàn)這些雙類星體。
▲這張藝術概念圖顯示了兩個正在合并的星系中央的類星體發(fā)出的明亮光線。在兩個星系的引力拉扯下，恒星的形成發(fā)生了爆發(fā)性增長。類星體如同遙遠星系中央的明亮燈塔，由超大質(zhì)量黑洞吞噬物質(zhì)形成。黑洞在吞噬物質(zhì)過程中會釋放出大量輻射，使星系中成百上千億顆恒星的光芒都顯得黯然無光。再過幾千萬年，這兩個黑洞和它們所在的星系便會合并，這對類星體也會合二為一，形成一個質(zhì)量更大的黑洞。再過幾十億年，同樣的故事也會發(fā)生在我們的銀河系與附近的仙女座星系身上。
天文學家首先要決定將哈勃望遠鏡對準哪里。問題在于，太空中形成于 100 億年前左右的遠古類星體太過分散，其中只有極少數(shù)為雙類星體。在蓋婭探測衛(wèi)星和斯隆數(shù)字巡天地面望遠鏡的幫助下，研究人員采用了一種極富想象力和創(chuàng)新性的技術，為哈勃望遠鏡選出了一系列潛在的觀測對象。
斯隆望遠鏡位于美國新墨西哥州的阿帕契點天文臺，可以生成天空中各天體的三維分布圖。該研究團隊對斯隆望遠鏡采集的數(shù)據(jù)進行了細細梳理，確定了值得進一步研究的類星體。
接下來，研究人員又借助蓋婭望遠鏡，確定了可能的雙類星體“候選人”。蓋婭望遠鏡可以精確測定附近天體的位置、距離及運動情況。但該團隊又為蓋婭望遠鏡設計了一種新用途，可以對遙遠的宇宙展開探索。他們利用蓋婭望遠鏡的數(shù)據(jù)庫，尋找與附近恒星的視運動相似的類星體。這些類星體在蓋婭望遠鏡的數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)為單個天體。然而，蓋婭望遠鏡可以察覺到，部分類星體的視位置似乎在隱隱約約地“搖擺”。
類星體在太空中的位置變化小到無法測出，這種搖擺其實是由于光線的隨機波動引起的，因為一對類星體中、二者的亮度會不斷變化。類星體的亮度變化以天、甚至月為單位，具體取決于黑洞吞噬物質(zhì)的時間長短。
類星體對的亮度變化類似于從遠處看到的鐵路道口信號燈。當兩盞燈交替閃爍時，就會給人造成燈光在左右“搖擺”的錯覺。當哈勃觀察到最開始的四顆類星體時，它的高分辨率很快顯示出，它們其實是兩對相距很近的類星體。研究人員表示，這是一個激動人心的時刻，證明他們利用斯隆、蓋婭和哈勃望遠鏡搜索遠古雙類星體的策略選對了。
這是一個“意外之喜”。很長時間以來，研究人員一直在利用地面望遠鏡和各種技術尋找離地球較近的雙類星體。此次采用的新技術不僅發(fā)現(xiàn)了距地球遠得多的雙類星體，效率也比我們之前采用的方法高得多。
研究團隊還利用美國國家科學基金會的雙子望遠鏡開展了后續(xù)觀測。雙子望遠鏡的空間分辨光譜分析法可以避免無關的恒星 - 類星體系統(tǒng)偶爾重疊造成的影響，即前景中的恒星湊巧與背景中的類星體排在了一條直線上。
盡管該團隊對自己的研究結果很有信心，但他們也表示，哈勃望遠鏡拍攝的有可能是同一個類星體的兩張照片，由于引力透鏡現(xiàn)象造成了有兩個類星體的錯覺。引力透鏡現(xiàn)象是指，前方巨大星系的引力導致后方類星體發(fā)出的光線發(fā)生了分離和增強，形成了兩個鏡像。但研究人員認為這種可能性微乎其微，因為哈勃望遠鏡并未在這兩對類星體前方發(fā)現(xiàn)任何星系。
星系的合并在數(shù)百億年前更加常見，但如今也有少數(shù)正在發(fā)生。例如地球不遠處的 NGC 6240 系統(tǒng)，其中包含兩個、甚至可能三個超大質(zhì)量黑洞。再過幾十億年，我們的銀河系也將與附近的仙女座星系相撞，屆時也可能導致物質(zhì)進入兩個星系中央的超大質(zhì)量黑洞，使其形成類星體。
未來的望遠鏡或許能提供更多有關這類合并星系系統(tǒng)的信息。NASA 的詹姆斯韋伯太空望遠鏡（計劃于今年發(fā)射）將對這些類星體所在的星系展開調(diào)查，為我們揭露星系合并的一系列特征，比如恒星光線的分布情況、以及氣體從星系中抽離時形成的長長氣流。
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