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SDSS J0847-0013，三個毛納基亞（Maunakea）天文臺發現的三個罕見的雙重類星體之一。圖片來源：Silverman等人夏威夷毛納基亞（Maunakea）--兩個正在合併的星系之間的宇宙之舞是一個罕見的發現，每個星系都包含一個超大質量的黑洞，該黑洞會迅速吞噬大量物質，從而產生一種被稱為類星體的現象。
天文學家使用夏威夷的三個毛納基亞天文臺--斯巴魯（Subaru）望遠鏡、凱克（Keck）天文臺和雙子座（Gemini）天文臺--發現了幾對這樣的合併星系或發光的「雙重」類星體。這些雙類星體非常罕見，由東京大學科維理（Kavli）宇宙物理與數學研究所領導的研究小組估計，只有0.3％的已知類星體有兩個超大質量黑洞，它們處於相互碰撞的過程中。
這項研究發表在2020年8月26日的《天體物理學雜誌》上。
「儘管它們很罕見，但它們代表了星系演化的一個重要階段，在這個階段，中央巨星被喚醒，獲得質量，並可能影響其宿主星系的生長，」東京大學的研究生、該研究的合著者Shenli Tang說。
類星體是宇宙中已知的最明亮、最具能量的天體之一，由質量比太陽大數百萬到數十億倍的超大質量黑洞提供能量。當物質在星系中心的黑洞周圍旋轉時，它被加熱到很高的溫度，釋放出大量的光以致於類星體的亮度超過了它的宿主星系。這使得一對具有類星體活動的合併星系很難被探測到，因為很難將光線從這兩個類星體中分離出來，因為它們離得太近了。而且，要在天空中觀測到足夠大的區域來捕捉到足夠多的罕見事件也是一項挑戰。
圖片來源：Silverman等人。SDSS J141637.44+003352.2，一個雙類星體，距離我們46億光年。這兩個類星體相距1.3萬光年，它們位於一個巨大星系的中心附近，該星系似乎是一個星系群的一部分，如左面板中的鄰近星系所示。在下部面板中，光譜學揭示了與兩個類星體各自相關的寬發射線，表明氣體在兩個不同的超大質量黑洞附近以每秒數千公裡的速度運動。這兩個類星體的顏色不同，是因為它們前面的塵埃數量不同。
為了克服這些障礙，該團隊利用斯巴魯望遠鏡上的Hyper Suprime-Cam（HSC）攝像機對天空進行了靈敏的廣泛測量。
「為了讓工作更簡單，我們從斯隆數字巡天（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）中已知的34476個類星體開始，用HSC成像來確定那些有兩個(或更多)不同中心的類星體，」科維裡宇宙物理與數學研究所的第一作者John Silverman說。「說實話，我們一開始並不是在尋找雙類星體。我們正在檢查這些發光類星體的圖像，以確定它們更喜歡居住在哪種類型的星系中，這時我們開始看到在它們的中心有兩個光源的情況，而我們原本預計只有一個光源。」
該小組確定了421個有希望的案例。但是，仍有可能其中許多不是真正的雙類星體，而是我們銀河系中諸如星光之類的偶然的投影。要進行確認，需要對候選體的光線進行詳細分析，以尋找兩個不同類星體的明確跡象。
Silverman和他的團隊使用凱克天文臺低解析度成像光譜儀（LRIS）和雙子座天文臺近紅外積分場光譜儀確定了三個雙類星體，其中兩個是以前不為人知的。觀測顯示了在超大質量黑洞的影響下氣體以每秒數千公裡的速度運動的特徵。
新發現的雙類星體顯示了廣域成像與高解析度光譜觀測相結合的前景，以揭示這些難以捉摸的天體，這是更好地了解星系的增長及超大質量黑洞的關鍵。