古代类星体双胞胎在大爆炸后仅9亿年内合并

艺术家关于两个类星体正在合并的概念。图片来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻（穆罕默德·图欣）：天文学家确认了一对罕见的双类星体存在，它们在大爆炸仅9亿年后发生了银河合并。J2037–4537系统的发现，是早期宇宙中仅有的两对此类系统之一，直接证明星系碰撞会触发超大质量黑洞的点燃。这些发现为脉冲星定时阵列最近探测到的意外强烈引力波背景提供了潜在解释。

在宇宙早期广袤而黑暗的宇宙中，两道巨大的光明灯塔从宇宙历史的阴影中显现出来。这些被称为类星体的信标如此明亮，足以盖过整个星系，但它们的动力源源远比这里局限且强度更强：超大质量黑洞。多年来，天文学家一直推测，太空中最剧烈的事件——两个巨大星系的碰撞——可能是点燃这些宇宙引擎的火花。如今，得益于阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的高精度，研究人员捕捉到了一场罕见的“双重组合”，在宇宙初期就证实了这一理论。

该系统被编目为J2037–4537,2021年首次引起科学界关注，作为近距离类星体对的候选。这些天体的红移为5.7，我们看到的光芒始于宇宙不到十亿年时。然而，确认这些遥远天体的真实本质向来极为困难。天文学家最初面临一个令人沮丧的可能性：“这对”天体“可能是宇宙光的一种叫做引力透镜效应的假冒者。

在透镜场景中，巨大的前景星系的引力就像放大镜一样，弯曲单个遥远类星体的光线并将其分割成多张图像。对观察者来说，一个物体看起来像两个。为解开这一谜团，亚利桑那大学的岳明浩领导的团队利用ALMA透视了早期宇宙的尘埃和气体，分辨率前所未有。他们不仅在寻找类星体本身的光，更在寻找它们之间物理联系的法医证据。

突破来自团队绘制了[CII]（电离碳）排放线。这些线条作为银河系中冷恒星形成气体的示踪剂。ALMA数据显示，两天体之间有一条微弱但明显的气尘潮桥。这座桥是物理互动的明显标志;当两个星系合并时，它们相互的引力会将物质流从彼此拉出。由于引力透镜成像永远不会在两个“幽灵”图像之间形成物理气体桥，团队因此正式排除了透镜理论。J2037–4537是一对真实存在的、相互作用的类星体。

这对组合的确认揭示了一个惊人的体系。这两个拥有这些类星体的星系都表现得像巨大的高速制造工厂。团队的分析显示，每个星系的动力学质量至少达到100亿太阳质量。更令人印象深刻的是，它们正经历强烈的生长爆发，恒星形成速率超过每年500个太阳质量。

这种极端活动很可能是合并过程的直接结果。随着星系在数百万年间相互碰撞，巨大的气体云被引导向各自的中心。这种“燃料”的涌入有双重作用：它创造了快速恒星诞生的条件，并为每个星系中心的超大质量黑洞提供必要的物质。当这些黑洞吞噬这些物质时，它们进入活跃状态，释放出我们作为类星体观测到的惊人能量。

虽然这些数据令人信服，研究人员指出恒星形成估计包含系统性的不确定性。这些计算依赖于关于尘埃温度和发射率的假设，而这些假设在早期宇宙的极端环境中可能发生变化。未来需要跨多个频段进行观测，以细化这些数字，提供更精确的这些古老星系演化图景。

目前，J2037–4537的两个超大质量黑洞相距数千光年。虽然它们在相互作用，但尚未形成双星系统——即引力紧密交织的轨道舞蹈状态。研究人员估计，该系统转变为真正的双星超大质量黑洞（SMBH）大约需要21亿年。

根据团队预测，这一转变很可能发生在红移2左右。一旦黑洞最终向内螺旋合并，它们将产生灾难性的终局。这一事件将释放低频引力波，这些引力波在时空结构中传播，穿越宇宙。虽然这些波太长，LIGO等探测器无法捕捉，但它们是脉冲星定时阵列（PTA）的主要目标，PTA利用恒星自转的稳定信号来探测宇宙的细微拉伸。

J2037–4537的发现不仅仅是宇宙记录册上的罕见发现;它为更大天文拼图提供了重要一环。最近，脉冲星定时阵列实验探测到的引力波背景明显强于当前星系演化模型的预测。这表明宇宙中正在合并的超大质量黑洞数量远多于天文学家最初的想象。

如果像J2037–4537这样的系统在早期宇宙中比之前假设更常见，它们可以解释引力波背景中的这种“过剩”现象。通过研究这些古老的黑洞对，科学家们可以更好地理解银河合并的频率，以及第一代超大质量黑洞如何成长为我们今天看到的怪兽。这对红移5.7的确认对，为我们提供了一个罕见的窗口，揭示了塑造现代宇宙结构的剧烈高能过程。

Yue 明浩等人，《$z=5.7$ 大质量星系合并中的近似星体对》，arXiv（2026）。DOI：10.48550/arxiv.2604.06504