實(shí)錘了！在9億年前，兩個大黑洞就存在了！

兩個大黑洞將如何為我們揭開宇宙早期之謎？

在宇宙的某處，人類找到了一個相互螺旋靠近的雙類星體；更令人驚奇的是，此時宇宙大爆炸才發(fā)生了9億年。這是我們發(fā)現(xiàn)的最古老的雙類星體。

類星體是在超級活躍的星系核內(nèi)快速吸收周圍質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。大量的氣體被黑洞吸入，那些沒有來得及吸入的氣體則在外圍形成了吸積盤，組成吸積盤的氣體是一些十分熾熱的氣體，由于黑洞的引力摩擦，它們被加熱到可以釋放出X射線的溫度。但是吸積盤里的物質(zhì)并不能都落入黑洞，黑洞強(qiáng)大的磁場由于吸積盤極高的溫度被扭曲，從而把帶電粒子以接近光速的速度重新送回太空，形成噴流。噴流和吸積盤使得類星體變的非常的亮，它們在數(shù)十億光年以外也可見。

這張圖片是兩個正在合并的類星體。通過北雙子望遠(yuǎn)鏡和昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡，一隊(duì)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了正在合并的一對類星體，合并僅僅發(fā)生在大爆炸后的9億年。這不僅是已被發(fā)現(xiàn)的距離最遠(yuǎn)的類星體，更是在宇宙早期被確定的第一對類星體。（圖源：International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick）

每一個星系的核心都有一個超大質(zhì)量黑洞，當(dāng)星系碰撞時，這些黑洞也早晚會相互碰撞，經(jīng)過很多次這樣的碰撞后，超大質(zhì)量黑洞就會形成。在宇宙的早期，其尺寸比現(xiàn)在小很多，因此星系之間的距離更小，碰撞更頻繁。但是我們卻在宇宙的前10億年里找到了330個單獨(dú)的類星體，理論預(yù)言的豐富的雙類星體并沒有被找到，但是這次的發(fā)現(xiàn)打破的這個缺失。

最新發(fā)現(xiàn)的雙類星體J121503.42–014858.7和J121503.55–014859.3（其發(fā)現(xiàn)者稱其為C1和C2）是利用莫納克亞山的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡的，發(fā)現(xiàn)者為愛媛大學(xué)的松岡芳樹所領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊(duì)。

隨后，這個團(tuán)隊(duì)利用昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡上的暗弱物體相機(jī)和光譜儀和北雙子望遠(yuǎn)鏡上的近紅外光譜儀（GNIRS）對類星體的光譜進(jìn)行了研究，北雙子望遠(yuǎn)鏡也位于莫納克亞山之上。

“我們根據(jù)GNIRS觀測結(jié)果推斷，這對類星體在近紅外波段太暗弱，即使利用世界上最強(qiáng)大的地面望遠(yuǎn)鏡之一也無法捕捉到它的影響?！?松岡芳樹說。

這對類星體的光已經(jīng)在宇宙中穿行了129億光年了。由于宇宙在膨脹，其波長從原來的X射線或紫外線拉長到了近紅外波段。類星體的光線應(yīng)該在近紅外波段被檢測出來，但是它們過于暗弱，這意味著類星體的光線有很大一部分是來自宿主星系的正在形成的恒星所發(fā)出的光。

這個星系有著反常強(qiáng)的恒星形成速率，C1和C2所在的宿主星系有著每年100到500太陽質(zhì)量的物質(zhì)形成恒星（銀河系每年只有大約1至10太陽質(zhì)量的物質(zhì)形成恒星），這意味著該星系正在經(jīng)歷星系融合，在星系融合時，氣體云會被攪亂同時激發(fā)恒星的生成。

兩個黑洞目前相距不超過4萬光年（1.2萬秒差距）。盡管兩黑洞的距離如此之大，但是智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）仍然發(fā)現(xiàn)了一條連接兩個黑洞的氣體橋，這說明這兩個黑洞已經(jīng)互相有連接了，隨著他們距離的靠近，兩者之間的聯(lián)系只會越來越深。

C1和C2的存在是宇宙早期黑洞和宿主星系飛速長大的證據(jù)之一。這對星系形成的模型是一個巨大的挑戰(zhàn)。C1和C2的質(zhì)量大約為1億太陽質(zhì)量，相比之下，銀心的人馬座A*只有大約410萬太陽質(zhì)量。而且，C1和C2的宿主星系的總質(zhì)量大約是9百億太陽質(zhì)量和5百億太陽質(zhì)量，盡管這比銀河系的質(zhì)量小的多，但是放在早期宇宙還是非常大的。

因此，這對雙類星體的其宿主星系的發(fā)現(xiàn)對于理解早期宇宙，特別是再電離時代（這時宇宙大部分物質(zhì)被第一代恒星，星系和類星體電離，宇宙學(xué)研究的大問題之一就是這三者哪個在電離過程中貢獻(xiàn)更大）有著特別重要的意義。

“這對類星體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)告訴我們許多有關(guān)的東西，比如再電離時代的開始和經(jīng)過，宇宙早期超大黑洞的形成和類星體宿主星系的演化” 松岡芳樹說。

我們現(xiàn)在看到的是一對129億年前的類星體，那現(xiàn)在這對類星體怎么樣了呢？模擬顯示兩個大黑洞會融合成一個更大的黑洞并釋放出極強(qiáng)的引力波。這會使新的類星體更加的亮并激發(fā)恒星形成的速率，提升至每年1000太陽質(zhì)量。這會讓它變成宇宙中最極端的一個星系之一。最終，這個星系應(yīng)該會變成位于大型星系群中心的一個大型橢圓星系，例如室女座星系團(tuán)的M87。

這些發(fā)現(xiàn)于4月5號被發(fā)表在天文物理期刊上，同時還有一篇衍生論文，討論ALMA的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

BY: Keith Cooper

FY: Chen Li

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