欧几里得望远镜一年内发现的古代类星体数量超过科学界十年的总和

在过去十年里，要确认一颗由黑洞驱动的类星体——该黑洞在宇宙年龄不足十亿年时质量就已达到太阳的十亿倍——需要多台望远镜协同观测，并耗费数月时间进行后续光谱分析。所有这些努力累积下来的成果，大约只有十个确认目标。而在欧几里得望远镜开展科学观测的第一年，它便确认了十二颗。

这一数字是莱顿大学博士生杨达明及其同事一篇论文的核心成果，该论文发表于《天文学与天体物理学》杂志，作为包含41篇论文的特刊的一部分，这些论文均基于欧几里得望远镜首批四分之一天区数据。该完整星表收录了31颗此前未知的类星体，它们来自宇宙的最早期——这些古老的光源，每一颗都以约一万亿颗太阳的亮度燃烧，由超大质量黑洞驱动，而这些黑洞早在宇宙尚处于当前年龄的一小部分时便已存在。

星表中最遥远的两个天体，编号分别为EUCL J172902.75+641018.1和EUCL J125308.55+705432.3，红移值达到7.77和7.69，使其成为任何巡天项目中单独分辨出的最遥远天体之一。它们发出的光离开时，宇宙的年龄大约为6.7亿年。

欧几里得如何识别看似普通恒星的目标

探测古老类星体无异于大海捞针。在极端距离上，类星体的紫外辐射因宇宙膨胀而被拉伸至近红外波段，这种偏移使其特征光谱线落在大多数地面仪器难以高效探测的波长范围。更现实的问题是，由此产生的暗淡红色外观，使得这些目标在标准可见光图像中几乎无法与更近、数量多得多的M型矮星区分开来。大多数欧几里得之前的探测依赖于将多个不同深度和滤光片覆盖的巡天数据进行交叉比对，然后优先筛选出候选目标，以便为大型望远镜的昂贵观测时间申请使用。

欧几里得一次性解决了这两个问题。其近红外光谱仪与光度计（NISP）覆盖0.95至2.0微米的波长范围，恰好落入了红移z≥7的类星体中莱曼α谱线的位置，同时还能捕捉宽带测光数据，从而进行初步候选目标筛选。该巡天的覆盖面积——设计目标是最终覆盖三分之一的天区，达到地面观测无法企及的深度——提供了足够大的统计样本，足以包含最稀有的天体。“它们最初的光既暗淡，又容易与离我们更近的恒星发出的光混淆，”欧几里得团队中的欧洲空间局研究员安东尼奥·拉·马尔卡表示。

杨达明的团队对Q1数据应用了一种测光选择算法，识别出符合z≥7类星体特征的候选目标，并使用NISP的光谱模式确认了探测结果，无需单独的地面观测活动。与之前的巡天方法相比，这种效率的提升，正是十年累积成果与一年内确认十二颗目标之间的差距。

红移7阈值的实际含义

红移量化了自光子发射以来宇宙膨胀的程度。红移z=7对应于宇宙线性尺寸约为当前八分之一的时期，换算成回溯时间约为130亿年，即大爆炸后宇宙年龄为6.7亿年。在那个时刻，宇宙正完成再电离过程——即首批发光源的紫外辐射电离了早期宇宙中使宇宙保持不透明的氢气的转变。

红移z≥7的类星体是再电离的主要推动者之一，但它们本身也是一个悖论：它们需要超大质量黑洞在宇宙历史的某个节点上以足够快的速度生长，达到数十亿太阳质量；而根据标准的结构形成模型，那时几乎还来不及形成第一批恒星。银河系中心的黑洞人马座A*质量约为四百万太阳质量，它是在宇宙138亿年的整个年龄中积累起来的。而驱动欧几里得星表中z≥7类星体的黑洞，质量是它的数百到数千倍，却只用了不到相同时间跨度的5%就积累了这么多质量。

“这些巨兽——质量是太阳的数十亿倍——竟然在宇宙尚在襁褓之中时就已经存在了，”杨达明的导师、加州大学圣塔芭芭拉分校的约瑟夫·亨纳维说，他也是论文的合著者。在一年数据中就发现超过十几颗，表明它们并非统计上的异常值：这个样本现在已足够大，可以将其作为一个种群来研究。

星表未能解决的问题

更多的确认探测加强了量化证据，但尚未能在提出的形成机制之间做出区分。主要的候选机制包括：持续的超爱丁顿吸积，即气体以超过标准辐射压极限的速度落入种子黑洞，并持续足够长时间以累积观测到的质量；由大质量原始气体云直接坍缩成比任何恒星残骸都重得多的种子黑洞；以及在第一代超大质量黑洞启动之前，密集的早期星团的快速合并。每种机制都面临独立的观测约束，而欧几里得的数据尚不包含直接检验它们所需的宿主星系特征。

杨达明的论文指出，包含31个天体的星表代表了一个更大潜在种群中较亮的部分——这些天体足够明亮，并且处于红移和天空位置的恰当组合，从而得以从Q1数据中清晰地显现出来。完整性的模型将需要完整的欧几里得广域巡天，该巡天仍在持续观测中。所有31个天体都面临一个实际限制：用于检验形成模型的宿主星系特征描述，需要比巡天本身提供的更深入的观测。海德堡马克斯·普朗克天文研究所的西尔维娅·贝拉迪塔对星表中第二遥远的天体进行了后续光谱分析；计划中的地面观测将涵盖整个样本。

关于欧几里得古老类星体的常见问题

类星体到底是什么，为什么它的亮度很重要？

类星体是一个星系中极其明亮的核，由正在活跃吸积周围气体的超大质量黑洞驱动。当物质在吸积盘中升温时，它会以电磁频谱辐射，其亮度足以超过宿主星系中所有恒星的总和。在本文报道的距离上，只有中央引擎是可探测的；宿主星系则过于暗淡和致密，无法分辨。正是这种极端亮度，使得欧几里得能够探测到来自130亿光年外的天体。

为什么这些天体被描述为宇宙学的一个难题？

标准的黑洞增长模型设定了一个吸积率自然上限，即爱丁顿极限。一个恒星质量的种子——恒星所能留下的最大黑洞——如果以这个速率持续吸积，无法在大爆炸与这些类星体所处的时代之间的时间内达到十亿太阳质量。在单次巡天的一年内就发现超过十几颗，意味着它们足够普遍，以至于不能用任何单一奇特事件来解释；形成机制必须能在规模上起作用。

欧几里得与之前针对这类天体的巡天相比如何？

欧几里得广域巡天最终将覆盖约14,000平方度的天区，其近红外灵敏度是地面巡天在可比面积上无法匹敌的。上一代巡天，包括斯隆数字巡天和UKIRT红外深空巡天，在十多年的联合观测中发现了此前绝大多数z≥7类星体星表。欧几里得的NISP仪器同时执行了初步筛选和光谱筛查，将此前需要单独观测活动才能完成的工作压缩为一次观测通过。

这项研究计划的下一步是什么？

计划对全部31个天体样本进行地面后续光谱分析，以精确红移测量值并描述宿主星系特征。随着广域巡天累积天区面积，更多欧几里得数据发布将扩大星表。欧几里得的Q2数据发布于6月下旬，涵盖了银河系核球，包含60亿颗恒星，在26小时的观测中捕捉到；后续发布将增加与高红移类星体搜索相关的更多河外天区。“通过发现和研究它们，”杨达明写道，“我们可以更好地理解这些巨大系统是如何如此迅速地形成的。”

参考文献：Yang et al., “Euclid: Discovery of 31 high-redshift quasars including two of the most distant quasars known,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202658883

标签: 天文学, supermassive black holes, early universe, esa, euclid, quasars