暗能量相机揭开密集而孤立的类星体邻域之谜

利用美国能源部在美国国家科学基金会维克托-布兰科（Víctor M. Blanco）4米望远镜上制造的暗能量照相机（DECam）进行的观测证实了天文学家的预期，即早期宇宙类星体形成于小型伴星系密集的空间区域。DECam 超宽的视场和特殊的滤光片在得出这一结论的过程中起到了至关重要的作用，观测结果也揭示了为什么以前试图描述早期宇宙类星体邻域密度的研究会得出相互矛盾的结果。资料来源：NOIRLab/NSF/AURA/M.Garlick/J. da Silva (Spaceengine)/M.Zamani

类星体是宇宙中最亮的天体，由星系中心的超大质量黑洞所吸积的物质提供能量。研究表明，早期宇宙类星体的黑洞质量非常大，它们一定在以极高的速度吞噬气体，因此大多数天文学家认为这些类星体是在宇宙中气体最密集的一些环境中形成的。

然而，迄今为止，试图证实这一结论的观测测量结果却相互矛盾。现在，一项利用暗能量照相机（DECam）进行的新研究为解释这些不同的观测结果指明了方向，同时也为将观测结果与理论联系起来提供了一个逻辑框架。

暗能量照相机（DECam）由美国能源部（DOE）制造，安装在智利中北部 Cerro Tololo 美洲天文台（CTIO）的 Víctor M. Blanco 4 米望远镜上。资料来源：DOE/LBNL/DECam/R.Hahn/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

用 DECam 揭开宇宙的神秘面纱

DECam 由美国能源部（DOE）制造，安装在智利 Cerro Tololo 美洲天文台的美国国家科学基金会 Víctor M. Blanco 4 米望远镜上，是美国国家科学基金会NOIRLab 计划的一部分。

这项研究由特里斯坦-兰伯特（Trystan Lambert）领导，他在智利迭戈波塔莱斯大学天体物理研究所攻读博士学位时完成了这项工作，现在是西澳大利亚大学国际射电天文研究中心（ICRAR）的博士后。研究小组利用 DECam 的大视场，对早期宇宙类星体周围进行了有史以来最大的天空区域搜索，通过计算周围伴星系的数量来测量类星体周围环境的密度。

为了进行调查，研究小组需要一个距离明确的类星体。幸运的是，类星体VIK 2348-3054的距离是已知的，它是通过之前使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）进行的观测确定的，而DECam的三平方度视场可以提供对其宇宙邻域的广阔观察。巧合的是，DECam还配备了一个窄带滤波器，完全可以用来探测它的伴星系。兰伯特说："这项类星体研究真是一场完美的风暴。我们有一个距离众所周知的类星体，而布兰科望远镜上的 DECam 提供了我们所需的巨大视场和精确滤光片。"

Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) 的 Víctor M. Blanco 4 米望远镜。资料来源：CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/R.斯帕克斯

DECam 的技术优势

DECam 的专用滤光片使研究小组能够通过探测类星体发出的一种非常特殊的光，即莱曼α辐射，来计算类星体周围伴星系的数量。莱曼α辐射是氢在恒星形成过程中电离然后重组时产生的一种特定能量特征。莱曼-阿尔法辐射通常是较年轻、较小的星系，可以用来可靠地测量它们的距离。对多个莱曼-阿尔法发射体的距离测量结果可以用来构建类星体邻近地区的三维地图。

类星体研究的惊人发现

在对VIK J2348-3054类星体周围的空间区域进行系统测绘后，兰伯特和他的研究小组在类星体周围更广阔的环境中发现了38个伴星系--最远的距离达到了6000万光年--这与居住在高密度区域的类星体的预期相符。然而，他们惊讶地发现，在类星体周围 1500 万光年的范围内，竟然没有任何伴星系。

这一发现揭示了过去旨在对早期宇宙类星体环境进行分类的研究的现实情况，并为它们为什么会得出相互矛盾的结果提出了一个可能的解释。没有其他同类研究使用过像DECam提供的那样大的搜索区域，因此对于较小区域的搜索来说，类星体的环境可能会显得空空如也。

"DECam极宽的视野是深入研究类星体邻域的必要条件。你真的必须打开更大的区域，"兰伯特说。"这为之前的观测结果相互冲突提供了合理的解释"。

辐射影响理论与未来研究

研究小组还提出了一种解释，即类星体附近没有伴星系。他们推测，类星体的辐射强度可能足够大，足以影响或可能阻止这些星系中恒星的形成，从而使我们的观测无法看到它们。

"有些类星体的邻居并不安静。星系中的恒星是由冷到足以在自身引力作用下坍缩的气体形成的。发光的类星体有可能非常明亮，照亮附近星系中的这种气体，并将其加热，从而阻止这种坍缩。"兰伯特的研究小组目前正在进行更多的后续观测，以获取光谱并确认恒星形成抑制。他们还计划观测其他类星体，以建立更强大的样本量。

美国国家科学基金会 NOIRLab 项目主任克里斯-戴维斯（Chris Davis）说："这些发现显示了美国国家科学基金会与能源部富有成效的合作关系的价值。我们希望即将建成的国家科学基金会-能源部维拉-C-鲁宾天文台（NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory）能极大地提高这种合作的效率，这个下一代设施将揭示早期宇宙和这些非凡天体的更多信息。"

编译自/ScitechDaily