108億光年外的“喜馬拉雅山脈” 但出現(xiàn)的地方有點奇怪

我們知道星星通常會“抱團取暖”，組合在一起形成星群、星團等。那你有沒有想過一群黑洞，而且是一群質(zhì)量超大質(zhì)量黑洞，扎堆聚集在一起，這是個什么場面？

日本國家天文臺（National Astronomical Observatory）的梁永明（Yongming Liang）領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組在分析斯隆數(shù)字巡天（Sloan Digital Sky Survey）的數(shù)據(jù)時，在兩組星系團狹小的結(jié)合部發(fā)現(xiàn)了11個類星體，一舉打破之前5個類星體群的紀錄。這一發(fā)現(xiàn)給天文學(xué)家?guī)砹撕艽蟮睦Щ蟆?/p>

迄今宇宙中的最密集的超大質(zhì)量黑洞群。背景圖像由昴星團望遠鏡上的超主焦相機（HSC）拍攝。紅色和藍色陰影分別代表超大質(zhì)量黑洞（類星體）和周圍數(shù)百個年輕的產(chǎn)星星系的密度。白色方塊框住的是類星體，較大的方塊顯示特寫圖像。（來源：Subaru Telescope / SDSS, Liang et al.）

類星體是在上世紀60年代被發(fā)現(xiàn)的一種非常特殊的天體。它們的典型特征是：遙遠、明亮。大多數(shù)類星體的亮度超過銀河系幾十倍，然而，它們遠在幾十億甚至上百億光年外發(fā)出的光，卻依然能被地面觀測到。之所以叫“類星體”，就是因為它們看上去像恒星。

左圖：哈勃空間望遠鏡拍攝的歷史上第一個類星體3C 273（來源：NASA and J. Bahcall (IAS)）右圖：使用星冕儀將類星體主要光學(xué)部分擋住，其宿主星系才有可能被探測到。（來源：NASA, A. Martel (JHU), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory）

當然，事實上并不是。現(xiàn)在我們認為類星體是遙遠的較大質(zhì)量的星系的核心區(qū)域。類星體的巨大能源來自于 大量物質(zhì)墜落 星系中心超大質(zhì)量黑洞的過程。所以，類星體 ≠ 星系，類星體 ≠ 黑洞，但是類星體又由星系中心超大質(zhì)量黑洞直接驅(qū)動。

黑洞在人們的印象中是只進不出吞噬一切的怪物。然而，事實上黑洞在瘋狂“進食”的過程中是會向外釋放輻射的，雖然輻射并不來自黑洞的內(nèi)部。輻射越強說明黑洞吸積物質(zhì)越多。所以，一個類星體不僅意味著存在一個“大胃王”黑洞，也暗示著它正在 狼吞虎咽！早期星系核心物質(zhì)很密集，給超大質(zhì)量黑洞創(chuàng)造了成長條件。另外還有一種情況，就是兩個正在碰撞的星系，

類星體的藝術(shù)想象畫（來源：ESO/M. Kornmesser）

斯隆數(shù)字巡天項目是有史以來規(guī)模最大、最詳細、被引用量最高的巡天項目之一，其目標是擴大我們對宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和演化、恒星和星系的形成、銀河系的歷史、超大質(zhì)量黑洞的性質(zhì)的理解。該項目由美國天體物理研究協(xié)會（ARC）主導(dǎo)運行，2000年正式投入巡天觀測。目前正在進行第五階段運行，全球有超過40個機構(gòu)參與。

研究人員在斯隆巡天 BOSS J0210+0052 區(qū)域，一個約 10000 平方度的天空范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了 11 個紅移在 2.16-2.20 之間，即距離地球約 108 億光年的類星體。如果換算成一個立體空間的話，大概是在 1.3 億光年見方的范圍里，擠進去 11 個超大質(zhì)量黑洞。密度是平均水平的 30 倍，是迄今為止在紅移量 z>2 位置上密度最高的區(qū)域，就好像遠方突然出現(xiàn)了連綿不絕的群山。因此研究團隊將這一發(fā)現(xiàn)稱為“宇宙喜馬拉雅山脈”（Cosmic Himalayas）。

黃色X標記表示類星體的位置。色標代表中性氫的密度，紅色表示高密度，藍色表示低密度（藍色區(qū)域富含電離氣體）。中性氫集中在左側(cè)星系團中，而電離氫出現(xiàn)在右側(cè)星系團周圍。黑色等值線表示星系密度。灰色區(qū)域是由于缺少圖像或因為明亮前景恒星影響的區(qū)域。（來源： Subaru Telescope / SDSS, Liang et al. 2025）

隨后，研究團隊使用位于夏威夷的昴星團望遠鏡（Subaru）對 BOSS J0210+0052 區(qū)域進行了為期 10 天的觀測。在昴星團的圖像中，研究人員發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的分布有兩個相對集中的區(qū)域，A和B，就像兩個山頭一樣。同時，識別出 465 個星系，大部分位于A、B兩個山頭中。這是很好理解的。但奇怪的是，在斯隆巡天中所發(fā)現(xiàn)的 11 個類星體不在物質(zhì)豐富的地方，而是在結(jié)合部。打個比方，這片天區(qū)的物質(zhì)分布形成“兩山夾一溝”的形態(tài)，而擁有超大質(zhì)量黑洞正在吞噬大量物質(zhì)的類星體卻生活在“山谷”中，你說奇怪不？

黃色X標記表示通過斯隆巡天發(fā)現(xiàn)的11個類星體的位置，白色小圓代表通過昴星團望遠鏡發(fā)現(xiàn)的星系（萊曼α發(fā)射體，LAEs），方塊代表萊曼α團塊。（來源： Liang et al. 20 25 ）

目前研究人員還無法給出很好的解釋。不過先別急著說挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論，因為更主要的原因是還有很多情況尚未掌握。比方說，直徑 1.3 億光年應(yīng)該是一個典型的超星系團的尺度，參考我們所在的本超星系團，直徑約 2 億光年，包含了 1000~2000 個星系，那么如果 BOSS J0210+0052 只有 400 多個星系，是不是顯得少了些？研究團隊通過氫原子萊曼α特征輻射（Ly α ）來示蹤星系物質(zhì)，但 萊曼α輻射也會遇到吸收和散射，是否可能由于塵埃阻擋而未發(fā)現(xiàn)類星體附近的星系？（斯隆巡天發(fā)現(xiàn)的類星體與昴星團望遠鏡發(fā)現(xiàn)的星系有部分對應(yīng)，但并不全部對應(yīng)。）類星體的數(shù)量或許也不是定論，會不會還有些沒被發(fā)現(xiàn)？因為畢竟昴星團望遠鏡口徑有 8.3 米，而斯隆巡天只是 2.5 米的“小”鏡子，極限星等差了3、4個星等呢。

地球所在的本超星系團模擬圖。 本星系群位于圖像中心（Local Group）， 黃色標出的是幾個更大更重要的集團：室女座星系團（Virgo Cluster）、天爐座星系團（Fornax Cluster）、波江座星系團（Eridanus Cluster）。（來源： Richard Powell ）

從類星體的特點和星系演化機制上考慮，也能做些假設(shè)。比方說類星體的強烈輻射形成一片“禁區(qū)”，有可能抑制了周圍星系的形成，或是因為氣體被吹散，導(dǎo)致我們沒法有效追蹤到更多星系，讓我們誤以為類星體周圍星系密度較低。以及，現(xiàn)在我們觀測到的形態(tài)容易讓人想到距離我們不太遙遠的“子彈星系團”，兩個原星系團（尚未定形）正在發(fā)生碰撞，從而觸發(fā)了類星體活動，并改變了氣體分布。

子彈星系團。藍色表示通過引力透鏡計算出的星系團質(zhì)量分布，紫色表示由錢德拉空間望遠鏡探測到的X射線輻射，表明氣體正在高速碰撞。（來源： NASA/CXC/M. Weiss ）

類星體是宇宙“青春期”的產(chǎn)物，在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)以及星系演化過程中扮演著十分重要的角色。“宇宙喜馬拉雅山脈”或許蘊藏著宇宙歷史的重大謎團。

參考資料：

[1] Yongming Liang et al. Cosmic Himalayas: The Highest Quasar Density Peak Identified in a 10,000 deg2 Sky with Spatial Discrepancies between Galaxies, Quasars, and IGM HI, 2025 ApJ, 986, 60 (DOI: 10.3847/1538-4357/adc1bb)

[2] Cosmic Himalayas Quasar Cluster Defies Explanation (https://www.nao.ac.jp/en/news/science/2025/20250603-subaru.html)

[3] 斯隆數(shù)字巡天項目第五期 Sloan Digital Sky Survey in the Fifth Phase (SDSS-V) (http://www.swifar.ynu.edu.cn/gjhz_Collaborations/slszxtxmdwq_SDSS_V.htm)

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