两个大黑洞将如何为我们揭开宇宙早期之谜？

在宇宙的某处，人类找到了一个相互螺旋靠近的双类星体；更令人惊奇的是，此时宇宙大爆炸才发生了9亿年。这是我们发现的最古老的双类星体。

类星体是在超级活跃的星系核内快速吸收周围质量的超大质量黑洞。大量的气体被黑洞吸入，那些没有来得及吸入的气体则在外围形成了吸积盘，组成吸积盘的气体是一些十分炽热的气体，由于黑洞的引力摩擦，它们被加热到可以释放出X射线的温度。但是吸积盘里的物质并不能都落入黑洞，黑洞强大的磁场由于吸积盘极高的温度被扭曲，从而把带电粒子以接近光速的速度重新送回太空，形成喷流。喷流和吸积盘使得类星体变的非常的亮，它们在数十亿光年以外也可见。

这张图片是两个正在合并的类星体。通过北双子望远镜和昴星团望远镜，一队天文学家发现了正在合并的一对类星体，合并仅仅发生在大爆炸后的9亿年。这不仅是已被发现的距离最远的类星体，更是在宇宙早期被确定的第一对类星体。（图源：International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick）

每一个星系的核心都有一个超大质量黑洞，当星系碰撞时，这些黑洞也早晚会相互碰撞，经过很多次这样的碰撞后，超大质量黑洞就会形成。在宇宙的早期，其尺寸比现在小很多，因此星系之间的距离更小，碰撞更频繁。但是我们却在宇宙的前10亿年里找到了330个单独的类星体，理论预言的丰富的双类星体并没有被找到，但是这次的发现打破的这个缺失。

最新发现的双类星体J121503.42–014858.7和J121503.55–014859.3（其发现者称其为C1和C2）是利用莫纳克亚山的昴星团望远镜的，发现者为日本爱媛大学的松冈芳树所领导的一个团队。

随后，这个团队利用昴星团望远镜上的暗弱物体相机和光谱仪和北双子望远镜上的近红外光谱仪（GNIRS）对类星体的光谱进行了研究，北双子望远镜也位于莫纳克亚山之上。

“我们根据GNIRS观测结果推断，这对类星体在近红外波段太暗弱，即使利用世界上最强大的地面望远镜之一也无法捕捉到它的影响。” 松冈芳树说。

这对类星体的光已经在宇宙中穿行了129亿光年了。由于宇宙在膨胀，其波长从原来的X射线或紫外线拉长到了近红外波段。类星体的光线应该在近红外波段被检测出来，但是它们过于暗弱，这意味着类星体的光线有很大一部分是来自宿主星系的正在形成的恒星所发出的光。

这个星系有着反常强的恒星形成速率，C1和C2所在的宿主星系有着每年100到500太阳质量的物质形成恒星（银河系每年只有大约1至10太阳质量的物质形成恒星），这意味着该星系正在经历星系融合，在星系融合时，气体云会被搅乱同时激发恒星的生成。

两个黑洞目前相距不超过4万光年（1.2万秒差距）。尽管两黑洞的距离如此之大，但是智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）仍然发现了一条连接两个黑洞的气体桥，这说明这两个黑洞已经互相有连接了，随着他们距离的靠近，两者之间的联系只会越来越深。

C1和C2的存在是宇宙早期黑洞和宿主星系飞速长大的证据之一。这对星系形成的模型是一个巨大的挑战。C1和C2的质量大约为1亿太阳质量，相比之下，银心的人马座A*只有大约410万太阳质量。而且，C1和C2的宿主星系的总质量大约是9百亿太阳质量和5百亿太阳质量，尽管这比银河系的质量小的多，但是放在早期宇宙还是非常大的。

因此，这对双类星体的其宿主星系的发现对于理解早期宇宙，特别是再电离时代（这时宇宙大部分物质被第一代恒星，星系和类星体电离，宇宙学研究的大问题之一就是这三者哪个在电离过程中贡献更大）有着特别重要的意义。

“这对类星体的统计数据告诉我们许多有关的东西，比如再电离时代的开始和经过，宇宙早期超大黑洞的形成和类星体宿主星系的演化” 松冈芳树说。

我们现在看到的是一对129亿年前的类星体，那现在这对类星体怎么样了呢？模拟显示两个大黑洞会融合成一个更大的黑洞并释放出极强的引力波。这会使新的类星体更加的亮并激发恒星形成的速率，提升至每年1000太阳质量。这会让它变成宇宙中最极端的一个星系之一。最终，这个星系应该会变成位于大型星系群中心的一个大型椭圆星系，例如室女座星系团的M87。

这些发现于4月5号被发表在天文物理期刊上，同时还有一篇衍生论文，讨论ALMA的数据准确性。

BY: Keith Cooper

FY: Chen Li

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