观测证实早期宇宙的类星体附近密集分布着伴星系

类星体是宇宙中最明亮的物体，其能量来源于星系中心超大质量黑洞中吸积的物质。

研究表明，早期宇宙的类星体拥有质量巨大的黑洞，它们必定以极高的速度吞噬气体，这让大多数天文学家相信这些类星体形成于宇宙中气体最丰富、密度最高的环境中。然而，为证实这一结论而进行的观测测量迄今为止得出了相互矛盾的结果。

现在，一项使用暗能量相机(DECam)的新研究不仅为这些不同的观测结果提供了解释，还提出了将观测结果与理论联系起来的逻辑框架。这项研究发表在《天文学与天体物理学》上。

DECam由美国能源部制造，安装在位于智利托洛洛山美洲际天文台的美国国家科学基金会VíctorM.Blanco4米望远镜上，这是美国国家科学基金会NOIRLab的一个项目。

该项研究由TrystanLambert领导，他以智利迭戈波塔利斯大学天体物理研究所博士生身份完成了这项工作，现在是西澳大利亚大学国际射电天文学研究中心(ICRAR)的博士后。

研究团队利用DECam的巨大视野，对早期宇宙类星体周围进行了迄今为止最大的天空区域搜索，试图通过计算周围伴星系的数量来测量其环境的密度。

为了进行研究，该团队需要一个距离明确的类星体。幸运的是，类星体VIK2348–3054的距离已知，这是通过之前使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的观测确定的，而DECam的三平方度视野提供了对其宇宙邻域的广阔观察。

巧合的是，DECam还配备了一个窄带滤光片，与探测其伴星系完美匹配。“这次类星体研究真是一场完美风暴，”兰伯特说。

“我们有一个距离已知的类星体，而布兰科望远镜上的DECam提供了我们所需的巨大视野和精确的滤波器。”

DECam的专用滤光片让团队能够通过探测类星体周围伴星系发出的一种非常特殊的光(称为莱曼-α辐射)来计算它们的数量。莱曼-α辐射是氢的一种特殊能量特征，在恒星形成过程中氢被电离然后重新结合时产生。

莱曼-α发射体通常较年轻，体积较小，它们的莱曼-α发射可用于可靠地测量其距离。然后，可以使用多个莱曼-α发射体的距离测量来构建类星体邻近区域的3D地图。

在系统地绘制了类星体VIKJ2348-3054周围的空间区域后，兰伯特和他的团队在该类星体周围更广阔的环境中发现了38个伴星系——距离6000万光年——这与类星体位于密集区域的预期情况一致。然而，他们惊讶地发现，在类星体的1500万光年范围内，根本没有伴星系。

这一发现阐明了过去旨在对早期宇宙类星体环境进行分类的研究的现实，并提出了为什么这些研究得出了相互矛盾的结果的可能解释。没有其他此类调查使用过像DECam提供的这么大的搜索区域，因此对于较小区域的搜索，类星体的环境可能看起来空无一物。

“DECam的超宽视野对于彻底研究类星体邻近区域非常必要。你真的必须开拓更大的视野，”兰伯特说。“这为先前的观测结果相互冲突的原因提供了一个合理的解释。”

研究小组还提出了类星体附近缺乏伴星系的原因。他们推测，类星体的辐射强度可能大到足以影响或阻止这些星系中恒星的形成，从而使它们无法被观测到。

“有些类星体并不是安静的邻居，”兰伯特说。“星系中的恒星是由温度足够低的气体形成的，这些气体会在自身引力的作用下坍缩。发光类星体可能非常明亮，以至于照亮附近星系中的气体并加热它们，从而阻止这种坍缩。”

兰伯特团队目前正在进行进一步的观测，以获取光谱并确认恒星形成受到抑制。他们还计划观测其他类星体，以建立更可靠的样本量。

“这些发现证明了美国国家科学基金会与能源部富有成效的合作的价值，”NSFNOIRLab项目主任克里斯戴维斯说。

“我们预计，即将投入使用的美国国家科学基金会-能源部维拉·C·鲁宾天文台将极大地提高生产力，这座下一代设施将揭示更多有关早期宇宙和这些非凡物体的信息。”