哈勃太空望遠鏡發現合併星系中的雙類星體


天文學家從哈勃太空望遠鏡發現一對非常接近的類星體,它們在地面的望遠鏡照片中看起來像是單個物體,但在哈勃太空望遠鏡清晰的視野中卻並非如此。

這一對類星體彼此非常接近,因為它們位於兩個正在合併星系核的心中。研究團隊通過在另一個碰撞的星系中找到另外一對類星體。

類星體是來自遙遠星系中心的強光明亮燈塔,可以使整個星系發光。它由一個超大質量的黑洞提供動力,這個黑洞以膨脹物質為食物,釋放出大量的輻射。

美國伊利諾伊大學厄巴那-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的首席研究員沈悅副教授說:「我們估計,在遙遠的宇宙中,每一千個類星體中就有一個雙類星體。因此,找到這些雙類星體就像在大海撈針。」

研究人員說,這四個類星體的發現為探測星系之間的碰撞以及早期宇宙中超大質量黑洞的合併提供了一種新方法。

類星體散佈在天空中,是一百億年前最豐富的類星體。當時有許多星系合併,然後又給黑洞提供能量。因此,天文學家認為在那段時間應該有許多雙類星體。

美國馬里蘭州約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)研究小組成員納迪亞·扎卡姆斯卡(Nadia Zakamska)表示:這確實是星系形成高峰時期雙類星體的第一個樣本,我們可以用它來探測有關超大質量黑洞最終如何形成雙星的想法。

研究人員說,這些觀測很重要,因為類星體在銀河系的形成中起著至關重要的作用。當兩個接近的星系開始在重力作用下彼此扭曲時,它們的相互作用將物質漏入各自的黑洞中,從而點燃在它們之中的類星體。

隨著時間過去,這些高強度發光的類星體發出的輻射會發射出強大的銀河風,從而將正在合併的星系中的大部分氣體清除掉。缺乏氣體後,恆星形成停止,星系演化為橢圓形星系。

扎卡姆斯卡說:「類星體對宇宙中星系的形成產生深遠的影響。在這個早期發現雙類星體很重要,因為現在可以檢驗關於黑洞及其宿主星系如何一起演化的觀念。」

到目前為止,天文學家已經發現了一百多個正在合併中的雙類星體。然而,在這項研究中,沒有一個像這兩個雙類星體那麼古老。

哈勃太空望遠鏡的照片顯示,每對類星體相距僅約一萬光年。相比之下,太陽距離我們銀河系中心的超大質量黑洞達到二萬六千光年。

成對的星系對最終會合併,然後類星體也合併,從而形成更大的一個獨立黑洞。不過找到它們並不容易。哈勃太空望遠鏡是唯一具有足夠清晰視野的望遠鏡,能夠凝視早期的宇宙,並區分出距離地球如此遙遠的兩個近距離類星體。但是,僅哈勃太空望遠鏡的高分辨率不足以找到這些雙類星體。

天文學家首先需要弄清楚將哈勃太空望遠鏡指向何處進行研究。天文學家面臨的挑戰是,天空覆蓋著各種各樣的古代類星體,這些類星體在一百億年前就爆發,而其中只有很小一部分是雙重的,天文學家採用一種富有想像力和創新的技術,加上歐洲太空總署的蓋亞(Gaia)衛星和地面的斯隆數碼巡天(Sloan Digital Sky Survey)數據幫助,才為哈勃太空望遠鏡的觀測選出一組潛在的候選者。

研究團隊仔細研究斯隆數碼巡天繪製整個天空的立體地圖,以確定那些類星體可以進行更深入的研究。蓋亞數據幫助找出潛在的雙類星體候選者。蓋亞非常精確測量附近的天體位置、距離、移動速度和方向。於是研究團隊設計了一種創新的應用程式,用於探索遙遠的宇宙。他們使用數據庫搜索模仿附近恆星表面運動的類星體。類星體在蓋亞數據中顯示為單個星體。但是,蓋亞衛星可以觀察到某些類星體的位置有明顯細微的抖動。

類星體沒有任何方法可以在太空中測量它的移動,但隨著類星體每個成員的亮度變化,它們的微小抖動可能是光線隨機波動的證據。類星體光度在幾天到幾個月的時間範圍內會閃爍,是取決於它們黑洞進食時間表。

雙類星體之間這種交替的亮度變化,類似於從遠處看到鐵路平交道的訊號燈。當固定訊號燈交替閃爍時,會產生跳動的錯覺。

當用哈勃太空望遠鏡觀測到四個目標時,清晰顯示兩個目標是兩對類星體。這像一個燈泡瞬間閃爍跳動,證實他們使用斯隆數碼巡天數據、蓋亞數據和哈勃太空望遠鏡可以成功尋找古老、難以捉摸的雙類星體。這項新技術不僅可以在更遠的地方發現雙類星體,而且比以前使用的方法更有效。

【圖、文:節譯自美國太空總署2021年4月6日新聞公佈】研究全文刊登在2021年4月1日出版的《自然-天文學》期刊

請按左下角「外部連結」觀看有關影片

https://youtu.be/3-oClEPGzCA

發表評論