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Nov. 13 2026

宇宙最古老的緊密類星體對

  • Nāpōwawāʻenakaulua 的藝術示意圖。中央氣泡內的兩個耀眼光點代表這對類星體,畫面底部則是夏威夷的休眠火山 Maunakea。山頂上方,繁星密集的銀河光帶逐漸過渡到散布著恆星和遙遠星系的天區,呈現地球與這對類星體之間的遙遠距離。圖上方的氣泡代表大霹靂後約 9 億年、宇宙仍處於「再游離時期」時的景象。當時,早期的大質量恆星和星系發出強烈的紫外線,把周圍氫原子裡的電子打掉。這個過程稱為「游離」。隨著紫外線向外傳播,光源周圍逐漸形成一片近似球形的游離氣體區,看起來就像圖中的氣泡。Credit:  International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/M. Zamani

    Nāpōwawāʻenakaulua 的藝術示意圖。中央氣泡內的兩個耀眼光點代表這對類星體,畫面底部則是夏威夷的休眠火山 Maunakea。山頂上方,繁星密集的銀河光帶逐漸過渡到散布著恆星和遙遠星系的天區,呈現地球與這對類星體之間的遙遠距離。圖上方的氣泡代表大霹靂後約 9 億年、宇宙仍處於「再游離時期」時的景象。當時,早期的大質量恆星和星系發出強烈的紫外線,把周圍氫原子裡的電子打掉。這個過程稱為「游離」。隨著紫外線向外傳播,光源周圍逐漸形成一片近似球形的游離氣體區,看起來就像圖中的氣泡。Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/M. Zamani

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天文學家觀測到迄今已知最遙遠、也最古老的一對緊密類星體。類星體是星系中心極為明亮的區域,中央有一個超大質量黑洞。這個區域之所以如此明亮,是因為物質在落入黑洞前,在黑洞周圍盤旋,升溫並發出強光,甚至能蓋過整個星系的星光。這對類星體的編號為 J1602+4228AB,夏威夷語暱稱為 Nāpōwawāʻenakaulua,意為「兩個蘊藏深不可測的黑暗力量的天體,在熾熱的光輝中讓能量在宇宙中重生」。

我們看到的是大霹靂後僅 9 億年的景象,當時宇宙的年齡約只有今天的十五分之一。宇宙最初的 10 億年是各種結構迅速形成的時期。暗物質暈塌縮,星系中的第一代恆星開始發光,最早的超大質量黑洞也在大質量星系中心形成。當時,這些最早的恆星、星系和黑洞都還相對年輕,這對黑洞卻已在快速吸積物質,質量分別達到太陽的 15 億倍和 4 億倍,與現今宇宙中觀測到的同類黑洞相當。兩者相距約 18,100 光年,約為銀河系直徑的五分之一。這是迄今在「宇宙黎明」時期發現的第三對類星體,也是該時期已知間距最小的一對。

星系彼此交互作用、碰撞,有時甚至完全合併,為中心的黑洞帶來大量氣體和恆星。吸積過程會將部分物質的質量轉化為能量,使星系中心亮得足以成為類星體。由於星系交互作用和合併相當普遍,天文學家預期,間距小於一般星系尺度的類星體對應該相當常見。然而,黑洞的類星體階段相對短暫,這些遙遠天體的光線又十分微弱,靠得太近時更難分辨。在宇宙如此早期找到這類天體並測定其性質,因此格外罕見。研究團隊利用韋伯太空望遠鏡的近紅外光譜儀,蒐集了 200 個早期宇宙的類星體樣本,占該時期所有已知類星體的 43%。團隊逐一檢視資料時,發現 J1602+4228A 身旁還有一個十分微弱、與它相距極近的伴天體 J1602+4228B。團隊隨後利用位於夏威夷、口徑為 8.1 公尺的北雙子座望遠鏡進行後續觀測,成功分辨出這兩個類星體。

目前仍沒有明確的理論能解釋,為何宇宙在如此早期就能出現一個擁有這麼大質量黑洞的類星體,更遑論同時出現兩個。這項發現也挑戰了現有的宇宙大尺度結構形成理論。這對類星體的完整形成過程仍是謎團,但它們可能標示出早期宇宙中物質密度極高的區域。在那裡,星系之間的交互作用可能同時促進了恆星形成,也為黑洞的快速成長提供了物質。這樣的環境就像一座天然實驗室,讓天文學家得以研究宇宙最早的大質量星系與其中心黑洞,如何在星系之間的直接交互作用下一同形成與成長。研究成果發表於《The Astrophysical Journal Letters》。

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資料來源:NOIRLab

文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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