銀河系通過與其他星系的合併而成長和進化，混合它們的數十億顆恆星，引發蓬勃的恆星形成的爆發，並經常為它們的中心超大質量黑洞提供燃料，產生髮光的類星體，使之超過整個星系。其中一些合併體最終成為巨大的橢圓星系，其中的黑洞質量是我們太陽的幾十億倍。

這個藝術家的印像圖表明，天文學家使用一系列地面和天基望遠鏡，包括夏威夷的雙子座北區，發現了一對緊密結合的高能類星體–一對合併星系的標誌–在宇宙只有30億年的時候就看到了。這一發現揭示了星系在”宇宙正午”的演化過程，這是宇宙歷史上星係經歷狂暴的星體形成的時期。這次合併也代表了一個即將成為巨大橢圓星系的系統。資料來源：國際雙子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani, J. da Silva

儘管天文學家已經在我們的宇宙鄰域觀察到了名副其實的帶有一個以上類星體的合併星系，但更遙遠的例子，即在宇宙只有其目前年齡的四分之一時看到的，是相當罕見的，因此極難找到。

通過利用大量的地面和天基觀測站–包括由美國國家科學基金會NOIRLab運作的國際雙子星觀測站的一半–一個天文學家小組發現了一對緊密結合的活躍進食的超大質量黑洞–類星體。這一發現是首次確認在”宇宙正午”–宇宙只有30億年曆史的時候，在同一星系中發現一對超大質量黑洞。

以前的觀測發現，類似的系統處於合併的早期階段，當時兩個星系仍然可以被認為是明顯的獨立實體。但是這些新的結果顯示，一對類星體在如此近的距離內熾熱地燃燒著，相距僅有1萬光年，它們最初的宿主星系很可能正在成為一個單一的巨大橢圓星系的路上。

在這個早期時代，尋找一對如此接近的超大質量黑洞，就像試圖在乾草堆中找針。挑戰在於，大多數黑洞對都太近了，無法單獨區分。為了明確地探測到這樣一個系統，這兩個超大質量黑洞需要同時積極地增殖並作為類星體發光，這種情況是極其罕見的。據統計，每100個超大質量黑洞中，只有一個在特定時間內積極地吸積。

然而，天文學家知道，在遙遠的宇宙中，應該充滿了嵌在合併星系中的一對超大質量黑洞。在美國宇航局/歐空局哈勃太空望遠鏡的數據中首次發現了這樣一個系統的暗示，它在遙遠的宇宙中發現了兩個緊密排列的光點。

為了驗證這個系統的真實性質，研究小組通過歐空局蓋亞觀測站的龐大數據庫進行搜索，發現這個系統有明顯的”抖動”，這可能是黑洞進食活動零星變化的結果。

研究小組隨後使用了雙子座多目標光譜儀（GMOS）和雙子座北區的GNIRS，這為研究小組提供了對類星體距離的獨立測量，並證實這兩個物體都是類星體，而不是單個類星體與前景星體的偶然對接。利用WM Keck天文台、NSF的Karl G. Jansky超大型陣列和NASA的Chandra X射線天文台進行的進一步研究也有助於確認這些觀察結果。

“確認過程並不容易，我們需要一個涵蓋從X射線到射電頻譜的望遠鏡陣列來最終確認這個系統確實是一對類星體，而不是，比如，兩個引力凝聚類星體的圖像，”共同作者、伊利諾伊大學的天文學家Yue Shen說。

“在這個早期，我們並沒有看到很多雙類星體。這就是為什麼這一發現如此令人興奮。”伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究生Yu-Ching Chen說，他是這項研究的主要作者，該研究發表在《自然》雜誌上，”了解黑洞的原生群體將最終告訴我們早期宇宙中超大質量黑洞的出現，以及這些合併可能有多頻繁。”