双类星体在星系合并内的碰撞过程中照亮了两个超大质量黑洞

天文学家在早期宇宙中发现了一个罕见的发现，涉及两个活跃的超大质量黑洞(或类星体)，彼此相距仅10,000光年，它们正处于巨大碰撞的边缘。

使用一套天基和地基望远镜，包括夏威夷的两个Maunakea天文台——WMKeck天文台和双子座北天文台——研究人员发现这对黑洞嵌在两个星系中，这两个星系在宇宙年轻30亿年时就合并了。

这项由伊利诺伊大学香槟分校领导的研究发表在今天出版的《自然》杂志上。

找到这样一个系统很困难，因为当两个黑洞靠得很近时，很难分别区分它们。但在这个名为J0749+2255的特殊系统中，两个黑洞都在疯狂进食，吞噬在如此高的温度下被加热的气体和尘埃，这两个黑洞产生了一场巨大的烟火表演。这种活动被称为类星体，当黑洞在盛宴时发出大量跨越电磁波谱的光时就会发生这种现象。

J0749+2255非常不寻常，因为该系统没有一个，而是两个同时活跃的类星体，并且距离足够近，最终会合并。

“在宇宙的这个早期阶段，我们没有看到很多双类星体。这就是为什么这一发现如此令人兴奋，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究生Yu-ChingChen说，他是这篇文章的主要作者学习。

ESA(欧洲航天局)的盖亚太空天文台首先探测到未解决的双类星体，捕捉到的图像表明年轻宇宙中两个紧密排列的光信标。陈和他的团队随后使用美国宇航局的哈勃太空望远镜验证了光点实际上来自一对超大质量黑洞。

随后进行了多波长观察;使用凯克天文台的第二代近红外相机(NIRC2)及其自适应光学系统，以及双子座北、美国宇航局的钱德拉X射线天文台和新墨西哥州的甚大阵列射电望远镜网络，研究人员证实了双类星体不是由引力透镜产生的同一个类星体的两个图像。

“确认过程并不容易，我们需要一系列覆盖从X射线到无线电光谱的望远镜，以最终确认这个系统确实是一对类星体，而不是，比如说，一个引力透镜类星体的两张图像”伊利诺伊大学的天文学家YueShen说。

因为望远镜可以看到遥远的过去，所以这个双类星体已不复存在。在这之后的100亿年里，它们的宿主星系可能已经形成了一个巨大的椭圆星系，就像今天在本地宇宙中看到的那样。类星体在其中心合并成为一个巨大的超大质量黑洞。

附近的巨型椭圆星系M87有一个巨大的黑洞，其质量是太阳质量的65亿倍。也许这个黑洞是在过去数十亿年中从一次或多次星系合并中产生的。

越来越多的证据表明，大型星系是通过合并形成的。较小的系统聚集在一起形成更大的系统和更大的结构。在此过程中，合并的星系中应该会形成成对的超大质量黑洞。

“了解黑洞的祖先种群最终将告诉我们早期宇宙中超大质量黑洞的出现，以及这些合并的频率，”陈说。

“我们开始揭开早期双类星体种群的冰山一角，”伊利诺伊大学香槟分校的合著者XinLiu说。“这是这项研究的独特之处。它实际上是在告诉我们这个种群是存在的，现在我们有了一种方法来识别相距小于单个星系大小的双类星体。”