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两团亮到刺眼的光,挤在宇宙刚满不到10亿岁的黑暗里。它们相隔只有几千光年,背后各

两团亮到刺眼的光,挤在宇宙刚满不到10亿岁的黑暗里。它们相隔只有几千光年,背后各藏着一个正在进食的超大质量黑洞,周围的星系正被彼此的引力拉扯变形。

这套系统叫J2037–4537。它离我们极远,红移达到5.7。红移可以粗略理解成宇宙膨胀把远方天体的光拉长了,数字越大,看到的时代越早。5.7对应的是宇宙早期,离大爆炸还不到10亿年。

真正反常的地方在这里:两个类星体,同时亮着。

类星体是宇宙里最亮的一类天体,本质上是星系中心的超大质量黑洞正在吞吃气体和尘埃。物质掉进黑洞前,会在周围高速摩擦、升温、发光,亮度能压过整个星系。黑洞本身不发光,发光的是这场坠落前的剧烈拥堵。

一个类星体已经很显眼。两个类星体同时点亮,还挤在一场星系合并里,就罕见得多。尤其是在宇宙早期,天文学家能确认的红移大于5的类星体对,目前只有两个,J2037–4537就是其中之一。

一开始,其实并没有这么确定。2021年,天文学家发现这里有两个光源,红移一样,看起来像一对类星体。但还有一个更狡猾的可能:它们也许只是同一个类星体的两个幻影。

这里说的是引力透镜。前景星系的巨大引力会弯曲后方天体射来的光,像一块宇宙级放大镜,把同一个遥远光源扭成多个影像。看上去是两个,源头可能只有一个。要证明J2037–4537真有两个黑洞在发光,就必须找到影子做不出来的东西。

ALMA望远镜给出了关键证据。它位于智利阿塔卡马沙漠,擅长接收毫米波和亚毫米波,可以看见寒冷气体和尘埃发出的信号。研究团队盯住了一种叫电离碳的谱线。碳原子失去一个电子后,会在特定波段留下信号;在星系里,这类信号常用来追踪冷气体,也就是造星原料。

结果,两团光之间真的有一条气体桥。

这条桥像被引力拽出来的物质通道,从一个星系伸向另一个星系。它说明两边正在互相撕扯、交换气体,正处在合并过程中。如果只是引力透镜制造出的两个影像,中间不会凭空多出一条真实的气体桥。

这个细节把假象排除了。J2037–4537确实是一对正在合并星系中的类星体。

在这场合并中,不只黑洞被点亮,两个星系本身也是巨大的造星工厂。研究估计,每个星系的动力学质量至少相当于100亿个太阳,每年形成的新恒星质量超过500个太阳。作为对比,银河系现在每年大约只形成一到两个太阳质量的新恒星。这里的造星速度,像把一座平稳运转的城市突然推成昼夜不停的重工业基地。

不过,这个造星率还有误差。它依赖科学家对尘埃温度和发光性质的假设,未来需要更多波段观测重新校准。早期宇宙太远,很多数字没法直接测量,只能靠几条线索反推。稳妥的结论是:这两个星系都很重,气体很足,正在猛烈造星。

两个黑洞现在还没有组成真正的双黑洞系统。它们相隔几千光年,距离仍然太远。论文估计,它们还需要大约21亿年,才会变成被引力牢牢绑在一起的超大质量黑洞双星。再往后,轨道继续收缩,最终合并。

这一演化过程会释放低频引力波,即时空本身的细微起伏。这种信号恰好落在脉冲星计时阵列的探测范围内。近年的观测发现,引力波背景信号比星系演化模型预期更强。如果像J2037–4537这样的早期类星体对在宇宙中比过去认为的更常见,或许能帮助解释那部分多出来的信号。

现在我们看到的,只是这场合并的早期一帧:两颗超大质量黑洞还隔着几千光年,各自吞吃气体;两座年轻星系之间拖着一条冷气体桥;每年有超过500个太阳质量的新恒星在其中诞生。21亿年后,它们才会真正绑成一对。再往后的回声,可能已经混进了今天人类正在测量的时空低鸣里。

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图为两个类星体正在合并过程中的艺术概念图,图源:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick

信源:Karantha, Shreejaya. "Two blazing quasars caught waltzing into a merger." Phys.org, edited by Sadie Harley, 26 Apr. 2026