林彥興
四月初的《自然天文學》上，一組天文學家宣布它們在兩百多億光年外，發現了兩組「雙類星體 Double Quasars」，也就是有兩個超大質量黑洞出現在同一個星系中。
現在的宇宙中，星系合併並不常見。但一般相信在早期的宇宙中，星系與星系之間的碰撞、合併要遠比現在頻繁而劇烈。而當星系合併時，它們中心的超大質量黑洞也會經過一系列交互作用後互相合併。在這段過程中，就有機會產生出雙類星體這樣的天體。因此，觀測早期宇宙中的雙類星體，可以幫助我們了解星系合併的過程。
問題是，天文學家怎麼知道哪裡有雙類星體呢？
別忘了，雙類星體的兩個核心是遙遠星系中的兩個超大質量黑洞，因此它們在地球看起來應該是非常近的，近到大多數天文望遠鏡的解析度都不足以將它們分開。有多近？這篇論文中發現的 J0749+2255 中，兩個類星體的距離僅有 0.5 角秒左右，相當於一個十元硬幣放在 10 公里外的張角。
想要解析出如此之近的兩顆類星體，天文學家需要使用太空望遠鏡，或是裝有調適光學的一流天文台才行。但這些高檔貨往往超級搶手，全世界的天文學家都搶著用，不可能給你拿來盲目的把每個已知的類星體都看一遍，搜尋雙類星體的蹤跡。所以，天文學家們得先從大範圍巡天計畫的觀測資料，中尋找雙類星體存在的可能證據，才能夠提出足夠有力的申請大型天文台進行觀測。
於是，他們發展出一套方法，能夠在不借助大望遠鏡的情況下，從現有資料庫中篩選出位於早期宇宙的雙類星體候選者。
首先，想要區分出哪些天體是位於遙遠的宇宙中，天體的紅移（redshift）是非常重要的資訊。紅移越大，通常就代表該天體距離我們越遙遠，也就等同於是位於更古老的宇宙中。那麼，哪裡有大量類星體的紅移資料呢？登記有超過 50 萬顆類星體的「史隆數位巡天 SDSS」資料庫就是首選之一。
該團隊首先從此挑出紅移大於二的類星體。接著，他們將這些目標的位置輸入「蓋亞衛星 Gaia」的觀測資料庫中，看看這些類星體的位置是否出現「抖動（jitter）」。為什麼要尋找位置的抖動呢？原因是類星體的光度通常並不固定，而是會有長短不一的變化。如果目標是由兩個類星體組成，但是兩者的距離小於蓋亞的解析度極限，那在蓋亞看來，這個目標的位置就會比較偏向比較亮的那個類星體。而當兩個類星體的亮度持續變化，該天體的位置看起來就會發生抖動。
結合兩者的資料後，團隊最終選定 15 組可能是雙類星體的候選目標，然後先後申請「哈伯太空望遠鏡 HST」、「雙子星望遠鏡 Gemini」和「超長基線陣列 VLBA」進行觀測，證實其中兩組，非常有可能真的是雙類星體。[1]
所以，這項研究的重要性何在呢？
首先，它們第一次發現了一種理論上被認為應該存在的天體，這當然是重要的成果。但也許更重要的是，他們發展出的這套方法便宜又有效，讓未來的天文學家可以系統性地去尋找雙類星體的蹤影，而不用拿著昂貴的大望遠鏡盲目地四處張望。而找到更多早期宇宙中的雙類星體，將能幫助天文學家以統計方法去進一步了解宇宙早期星系的演化歷史。
註
[1] 論文後半其實還有相當的份量在討論他們觀測到的雙類星體是否有可能是由重力透鏡效應造成。但基於複雜性和篇幅，本文並不詳述。
延伸閱讀
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