108億光年外的“喜馬拉雅山脈” 但出現(xiàn)的地方有點(diǎn)奇怪

我們知道星星通常會(huì)“抱團(tuán)取暖”，組合在一起形成星群、星團(tuán)等。那你有沒(méi)有想過(guò)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(gè)什么場(chǎng)面？

日本國(guó)家天文臺(tái)（National Astronomical Observatory）的梁永明（Yongming Liang）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)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(shí)，在兩組星系團(tuán)狹小的結(jié)合部發(fā)現(xiàn)了11個(gè)類星體，一舉打破之前5個(gè)類星體群的紀(jì)錄。這一發(fā)現(xiàn)給天文學(xué)家?guī)?lái)了很大的困惑。

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(tuán)望遠(yuǎn)鏡上的超主焦相機(jī)（HSC）拍攝。紅色和藍(lán)色陰影分別代表超大質(zhì)量黑洞（類星體）和周圍數(shù)百個(gè)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(xiě)圖像。（來(lái)源：Subaru Telescope / SDSS, Liang et al.）

類星體是在上世紀(jì)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(yuǎn)、明亮。大多數(shù)類星體的亮度超過(guò)銀河系幾十倍，然而，它們遠(yuǎn)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(cè)到。之所以叫“類星體”，就是因?yàn)樗鼈兛瓷先ハ窈阈恰?/p>

左圖：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的歷史上第一個(gè)類星體3C 273（來(lái)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(cè)到。（來(lái)源：NASA, A. Martel (JHU), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory）

當(dāng)然，事實(shí)上并不是。現(xiàn)在我們認(rèn)為類星體是遙遠(yuǎn)的較大質(zhì)量的星系的核心區(qū)域。類星體的巨大能源來(lái)自于 大量物質(zhì)墜落 星系中心超大質(zhì)量黑洞的過(guò)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(dòng)。

黑洞在人們的印象中是只進(jìn)不出吞噬一切的怪物。然而，事實(shí)上黑洞在瘋狂“進(jìn)食”的過(guò)程中是會(huì)向外釋放輻射的，雖然輻射并不來(lái)自黑洞的內(nèi)部。輻射越強(qiáng)說(shuō)明黑洞吸積物質(zhì)越多。所以，一個(gè)類星體不僅意味著存在一個(gè)“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(zhǎng)條件。另外還有一種情況，就是兩個(gè)正在碰撞的星系，

類星體的藝術(shù)想象畫(huà)（來(lái)源：ESO/M. Kornmesser）

斯隆數(shù)字巡天項(xiàng)目是有史以來(lái)規(guī)模最大、最詳細(xì)、被引用量最高的巡天項(xiàng)目之一，其目標(biāo)是擴(kuò)大我們對(duì)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(xiàng)目由美國(guó)天體物理研究協(xié)會(huì)（ARC）主導(dǎo)運(yùn)行，2000年正式投入巡天觀測(cè)。目前正在進(jìn)行第五階段運(yùn)行，全球有超過(guò)40個(gè)機(jī)構(gòu)參與。

研究人員在斯隆巡天 BOSS J0210+0052 區(qū)域，一個(gè)約 10000 平方度的天空范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了 11 個(gè)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(gè)立體空間的話，大概是在 1.3 億光年見(jiàn)方的范圍里，擠進(jìn)去 11 個(gè)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(yuǎn)方突然出現(xiàn)了連綿不絕的群山。因此研究團(tuán)隊(duì)將這一發(fā)現(xiàn)稱為“宇宙喜馬拉雅山脈”（Cosmic Himalayas）。

黃色X標(biāo)記表示類星體的位置。色標(biāo)代表中性氫的密度，紅色表示高密度，藍(lán)色表示低密度（藍(lán)色區(qū)域富含電離氣體）。中性氫集中在左側(cè)星系團(tuán)中，而電離氫出現(xiàn)在右側(cè)星系團(tuán)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?yàn)槊髁燎熬昂阈怯绊懙膮^(qū)域。（來(lái)源： Subaru Telescope / SDSS, Liang et al. 2025）

隨后，研究團(tuán)隊(duì)使用位于夏威夷的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡（Subaru）對(duì) BOSS J0210+0052 區(qū)域進(jìn)行了為期 10 天的觀測(cè)。在昴星團(tuán)的圖像中，研究人員發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的分布有兩個(gè)相對(duì)集中的區(qū)域，A和B，就像兩個(gè)山頭一樣。同時(shí)，識(shí)別出 465 個(gè)星系，大部分位于A、B兩個(gè)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(gè)類星體不在物質(zhì)豐富的地方，而是在結(jié)合部。打個(gè)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(shuō)奇怪不？

黃色X標(biāo)記表示通過(guò)斯隆巡天發(fā)現(xiàn)的11個(gè)類星體的位置，白色小圓代表通過(guò)昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的星系（萊曼α發(fā)射體，LAEs），方塊代表萊曼α團(tuán)塊。（來(lái)源： Liang et al. 20 25 ）

目前研究人員還無(wú)法給出很好的解釋。不過(guò)先別急著說(shuō)挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論，因?yàn)楦饕脑蚴沁€有很多情況尚未掌握。比方說(shuō)，直徑 1.3 億光年應(yīng)該是一個(gè)典型的超星系團(tuán)的尺度，參考我們所在的本超星系團(tuán)，直徑約 2 億光年，包含了 1000~2000 個(gè)星系，那么如果 BOSS J0210+0052 只有 400 多個(gè)星系，是不是顯得少了些？研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)氫原子萊曼α特征輻射（Ly α ）來(lái)示蹤星系物質(zhì)，但 萊曼α輻射也會(huì)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(tuán)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的星系有部分對(duì)應(yīng)，但并不全部對(duì)應(yīng)。）類星體的數(shù)量或許也不是定論，會(huì)不會(huì)還有些沒(méi)被發(fā)現(xiàn)？因?yàn)楫吘龟男菆F(tuán)望遠(yuǎn)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(gè)星等呢。

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

從類星體的特點(diǎn)和星系演化機(jī)制上考慮，也能做些假設(shè)。比方說(shuō)類星體的強(qiáng)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?yàn)闅怏w被吹散，導(dǎo)致我們沒(méi)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(cè)到的形態(tài)容易讓人想到距離我們不太遙遠(yuǎn)的“子彈星系團(tuán)”，兩個(gè)原星系團(tuán)（尚未定形）正在發(fā)生碰撞，從而觸發(fā)了類星體活動(dòng)，并改變了氣體分布。

子彈星系團(tuán)。藍(lán)色表示通過(guò)引力透鏡計(jì)算出的星系團(tuán)質(zhì)量分布，紫色表示由錢德拉空間望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的X射線輻射，表明氣體正在高速碰撞。（來(lái)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(guò)程中扮演著十分重要的角色。“宇宙喜馬拉雅山脈”或許蘊(yùn)藏著宇宙歷史的重大謎團(tuán)。

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(xiàng)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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