北京時(shí)間 5 月 19 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)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(gè)如滿月一般、甚至比滿月更亮的天體將會(huì)高懸空中，使其它所有星星都黯然失色。這兩個(gè)炫目的“燈泡”其實(shí)是一對(duì)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(duì)類星體不斷閃爍的明亮光芒。天文學(xué)家在近期一項(xiàng)研究中推斷出，它們不斷閃爍的光線可以說(shuō)明存在兩顆類星體，而非單個(gè)天體。
類星體的光芒來(lái)自黑洞瘋狂吞噬物質(zhì)的過(guò)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(huì)維持到兩個(gè)星系相撞之前。等到相撞之時(shí)，它們將變得極為致命、也極為炫目。這對(duì)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(wú)數(shù)地外文明抹除一空。
這樣的“死亡之星”聽(tīng)上去好似科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景。但真實(shí)的宇宙比小說(shuō)更離奇。同樣的故事其實(shí)在很久之前的兩對(duì)遙遠(yuǎn)星系中也上演過(guò)。這四個(gè)星系中央各有一個(gè)明亮的類星體，正處于合并過(guò)程中。隨著兩個(gè)星系越靠越近，它們的類星體也是如此。而哈勃望遠(yuǎn)鏡成功拍下了這一畫(huà)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(jī)會(huì)。遠(yuǎn)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(duì)可謂再幸運(yùn)不過(guò)。據(jù)天文學(xué)家估計(jì)，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(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的這對(duì)類星體可追溯至 100 億年前。天文學(xué)家在使用哈勃望遠(yuǎn)鏡時(shí)發(fā)現(xiàn)，這對(duì)類星體之間的距離如此之近，在地面望遠(yuǎn)鏡拍下的照片中就如同一個(gè)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(yuǎn)鏡拍攝的圖片顯示了兩對(duì) 100 億年前的類星體，分處四個(gè)正在合并的星系中央。然而我們看不見(jiàn)這些星系，因?yàn)榧幢闶菍?duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡而言，它們也太過(guò)黯淡了。每對(duì)類星體之間的距離只有 1 萬(wàn)光年，是宇宙同一時(shí)期的類星體對(duì)中，目前觀察到的距離最近的兩對(duì)。
研究人員認(rèn)為，這兩個(gè)類星體之所以如此靠近彼此，是因?yàn)樗鼈兏髯运幍男窍嫡诤喜⒅?。不僅如此，該團(tuán)隊(duì)在另外兩個(gè)相撞的星系中，又發(fā)現(xiàn)了另一對(duì)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(gè)星系都顯得黯然無(wú)光。它們的能量來(lái)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(shí)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(xué)家猜想，當(dāng)時(shí)應(yīng)該形成了許多雙類星體。這是星系形成巔峰期的第一個(gè)雙類星體案例，我們可以利用它來(lái)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(tuán)隊(duì)目前正在借助哈勃望遠(yuǎn)鏡、歐空局蓋婭太空望遠(yuǎn)鏡、斯隆數(shù)字巡天望遠(yuǎn)鏡、以及多臺(tái)地面望遠(yuǎn)鏡，對(duì)早期宇宙中的類星體對(duì)開(kāi)展研究分析，這些觀測(cè)非常重要，因?yàn)轭愋求w在星系相撞中扮演的角色在星系形成過(guò)程中起到了舉足輕重的作用。當(dāng)兩個(gè)距離較近的星系的引力使彼此開(kāi)始扭曲時(shí)，二者之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)流入黑洞中，從而激活各自的類星體。
隨著時(shí)間的推移，這些高密度“燈泡”釋放出的輻射會(huì)形成強(qiáng)大的星系風(fēng)，將正在合并的星系中的大多數(shù)氣體一掃而空。沒(méi)有了氣體，恒星的形成就會(huì)停止，星系也會(huì)因此演變成為橢圓星系。天文學(xué)家目前已在正在合并中的星系中發(fā)現(xiàn)了 100 多個(gè)雙類星體，但都沒(méi)有本次研究中發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)雙類星體這么古老。
哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像顯示，每對(duì)類星體之間的距離僅為 1 萬(wàn)光年左右。相比之下，太陽(yáng)距銀河系中央的超大質(zhì)量黑洞足有 2.6 萬(wàn)光年之遙。這兩對(duì)類星體所在的星系遲早會(huì)兩兩合并，類星體也會(huì)合二為一，形成一個(gè)質(zhì)量更大的黑洞。找到它們并不容易。哈勃是唯一一臺(tái)目光足夠尖銳、能夠看到早期宇宙并將兩顆遙遠(yuǎn)類星體區(qū)分開(kāi)的望遠(yuǎn)鏡。然而，僅憑哈勃望遠(yuǎn)鏡的高分辨率，還不足以發(fā)現(xiàn)這些雙類星體。
▲這張藝術(shù)概念圖顯示了兩個(gè)正在合并的星系中央的類星體發(fā)出的明亮光線。在兩個(gè)星系的引力拉扯下，恒星的形成發(fā)生了爆發(fā)性增長(zhǎng)。類星體如同遙遠(yuǎn)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(guò)程中會(huì)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(wú)光。再過(guò)幾千萬(wàn)年，這兩個(gè)黑洞和它們所在的星系便會(huì)合并，這對(duì)類星體也會(huì)合二為一，形成一個(gè)質(zhì)量更大的黑洞。再過(guò)幾十億年，同樣的故事也會(huì)發(fā)生在我們的銀河系與附近的仙女座星系身上。
天文學(xué)家首先要決定將哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)哪里。問(wèn)題在于，太空中形成于 100 億年前左右的遠(yuǎn)古類星體太過(guò)分散，其中只有極少數(shù)為雙類星體。在蓋婭探測(cè)衛(wèi)星和斯隆數(shù)字巡天地面望遠(yuǎn)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(shù)，為哈勃望遠(yuǎn)鏡選出了一系列潛在的觀測(cè)對(duì)象。
斯隆望遠(yuǎn)鏡位于美國(guó)新墨西哥州的阿帕契點(diǎn)天文臺(tái)，可以生成天空中各天體的三維分布圖。該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)斯隆望遠(yuǎn)鏡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)細(xì)梳理，確定了值得進(jìn)一步研究的類星體。
接下來(lái)，研究人員又借助蓋婭望遠(yuǎn)鏡，確定了可能的雙類星體“候選人”。蓋婭望遠(yuǎn)鏡可以精確測(cè)定附近天體的位置、距離及運(yùn)動(dòng)情況。但該團(tuán)隊(duì)又為蓋婭望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)了一種新用途，可以對(duì)遙遠(yuǎn)的宇宙展開(kāi)探索。他們利用蓋婭望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)庫(kù)，尋找與附近恒星的視運(yùn)動(dòng)相似的類星體。這些類星體在蓋婭望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)為單個(gè)天體。然而，蓋婭望遠(yuǎn)鏡可以察覺(jué)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(wú)法測(cè)出，這種搖擺其實(shí)是由于光線的隨機(jī)波動(dòng)引起的，因?yàn)橐粚?duì)類星體中、二者的亮度會(huì)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(shí)間長(zhǎng)短。
類星體對(duì)的亮度變化類似于從遠(yuǎn)處看到的鐵路道口信號(hào)燈。當(dāng)兩盞燈交替閃爍時(shí)，就會(huì)給人造成燈光在左右“搖擺”的錯(cuò)覺(jué)。當(dāng)哈勃觀察到最開(kāi)始的四顆類星體時(shí)，它的高分辨率很快顯示出，它們其實(shí)是兩對(duì)相距很近的類星體。研究人員表示，這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，證明他們利用斯隆、蓋婭和哈勃望遠(yuǎn)鏡搜索遠(yuǎn)古雙類星體的策略選對(duì)了。
這是一個(gè)“意外之喜”。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，研究人員一直在利用地面望遠(yuǎn)鏡和各種技術(shù)尋找離地球較近的雙類星體。此次采用的新技術(shù)不僅發(fā)現(xiàn)了距地球遠(yuǎn)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(tuán)隊(duì)還利用美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的雙子望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展了后續(xù)觀測(cè)。雙子望遠(yuǎn)鏡的空間分辨光譜分析法可以避免無(wú)關(guān)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(tuán)隊(duì)對(duì)自己的研究結(jié)果很有信心，但他們也表示，哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的有可能是同一個(gè)類星體的兩張照片，由于引力透鏡現(xiàn)象造成了有兩個(gè)類星體的錯(cuò)覺(jué)。引力透鏡現(xiàn)象是指，前方巨大星系的引力導(dǎo)致后方類星體發(fā)出的光線發(fā)生了分離和增強(qiáng)，形成了兩個(gè)鏡像。但研究人員認(rèn)為這種可能性微乎其微，因?yàn)楣h(yuǎn)鏡并未在這兩對(duì)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(jiàn)，但如今也有少數(shù)正在發(fā)生。例如地球不遠(yuǎn)處的 NGC 6240 系統(tǒng)，其中包含兩個(gè)、甚至可能三個(gè)超大質(zhì)量黑洞。再過(guò)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(shí)也可能導(dǎo)致物質(zhì)進(jìn)入兩個(gè)星系中央的超大質(zhì)量黑洞，使其形成類星體。
未來(lái)的望遠(yuǎn)鏡或許能提供更多有關(guān)這類合并星系系統(tǒng)的信息。NASA 的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（計(jì)劃于今年發(fā)射）將對(duì)這些類星體所在的星系展開(kāi)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(shí)形成的長(zhǎng)長(zhǎng)氣流。
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