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

        2023-07-22 06:26:52綜合整理
        海外星云 2023年7期
        關(guān)鍵詞:類星體羅曼哈勃

        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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)類星體,以及它們的主星系。

        哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的一對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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?cè)缙谟钪嬷谐筚|(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(shí)別相隔不到一個(gè)星系大小的雙類星體?!?/p>

        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(tái)的聯(lián)合力量。夏威夷國際雙子座天文臺(tái)、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(tái)的多波長觀測(cè)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(cè)站首先幫助識(shí)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(duì)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?!?/p>

        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(qǐng)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(hào)。當(dāng)靜止的信號(hào)燈兩邊的燈光交替閃爍時(shí),信號(hào)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(chǎng)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(duì)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?!じ窭姿埂ち_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)。

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