距离地球110亿光年处发现破纪录天然激光，亮过太阳三万倍

南非MeerKAT望远镜刚刚打破了一项宇宙纪录。

2026年2月，由南非普勒托利亚大学马纳梅拉领衔的国际天文团队宣布，在距离地球110亿光年的星系系统HATLAS J142935.3-002836中，探测到了迄今最遥远的羟基巨型脉泽。这个天体物理学上的"天然激光"，诞生于宇宙年龄仅约38亿岁的时期，而我们的宇宙如今已有约138亿年历史。

这张描绘遥远星系 HATLAS J142935.3-002836 的插图（该星系距离我们 110 亿光年）展示了前景天体通过引力透镜效应形成红色光环的过程。如同棱镜一般，引力透镜效应将射电光分解成不同颜色，从而揭示了羟基巨型脉泽的存在。其光谱特征证实了它的性质，呈现出 1667 MHz 和 1665 MHz 的混合发射特征。这个新发现的巨型脉泽非常引人注目，以至于有人将其称为吉脉泽（gigamaser）而非巨型脉泽（megamaser）。图片来源：跨大学数据密集型天文学研究所（IDIA）

这项成果已于2026年2月9日被《皇家天文学会月刊》正式接收，预印本于2月13日公开发表。

什么是脉泽，为什么它如此罕见

一套Q线激光笔展示了如今激光器常见的丰富色彩和紧凑尺寸。通过将电子“泵浦”到激发态，并用所需波长的光子激发它们，可以使其发射出能量和波长完全相同的另一个光子。这就是激光的产生方式：受激辐射。图片来源：彭家杰/维基共享资源

激光的原理并不复杂：电子被激发到高能级，再跃迁回低能级时释放特定波长的光子，由此产生相干单色光束。在宇宙中，这套物理机制同样会自然发生，只不过辐射波长落在微波而非可见光范围，因此被称为脉泽（maser）。

通过将电子“泵浦”到激发态，并用所需波长的光子激发它们，就可以使其发射出能量和波长完全相同的另一个光子。这就是激光的初始产生方式。这种光，根据其多种特性，可以用于许多不同的用途。图片来源：V1adis1av/Wikimedia Commons

当这种现象发生在遥远的星系尺度上，亮度达到普通星系脉泽的数百万倍时，天文学家称之为"巨型脉泽"。驱动它们的，通常是星系之间正在发生的剧烈碰撞合并：两个星系相撞时产生大量羟基分子（OH，一个氢原子加一个氧原子），周围的红外辐射把这些分子激发到高能级，在速度相干的气体云中引发受激辐射，形成类似激光的微波辐射束。

泽瓦激光器的强度可达10²⁹ W/cm²，足以从量子真空中产生真正的电子/正电子对。使激光功率如此迅速提升的技术是啁啾脉冲放大，这项技术由杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰于1985年开发，并因此荣获2018年诺贝尔物理学奖。图片来源：Gerard A. Mourou、Toshiki Tajima 和 Sergei V. Bulanov

此次发现的这个巨型脉泽的视亮度，约为太阳全波段总亮度的三万多倍。研究团队在论文中明确指出，它的亮度已达到被称为"吉脉泽"（gigamaser）的门槛，比普通巨型脉泽还要亮一个量级。

引力透镜，宇宙天文台的"放大镜"

这张色彩斑斓的超新星遗迹IC 443照片来自NASA的WISE望远镜，其中包含了超新星爆发加热的铁、氖、硅和氧原子的发射谱线。IC 443也是一个天然形成的巨型脉泽，它是由超新星冲击波与星际气体碰撞产生的。图片来源：NASA/JPL-Caltech/WISE团队

这个目标并非偶然发现。它此前已被多个望远镜观测过，因为它本身是一个强引力透镜系统。

距离地球约21.8亿光年处，有一个侧向的盘状前景星系，其巨大的引力将背后110亿光年处的合并星系系统的光线弯曲放大，形成近乎完整的爱因斯坦环，放大倍率约为8到10倍，甚至在特定紧凑区域可能超过30倍。

图中这张照片是用哈勃望远镜的近红外相机拍摄的，照片中木星上的北极光是由回旋加速器驱动的脉泽产生的：这是我们太阳系内行星天体上首次探测到的此类脉泽。图片来源：NASA、ESA 和 J. Nichols（莱斯特大学）

正是这种天然放大效应，让MeerKAT只需约4.7小时的观测，就获得了信噪比超过150的极高质量数据，远超同类深场观测的效率。

MeerKAT是由64面天线组成的射电干涉阵列，建于南非卡鲁高原，是未来平方公里阵列（SKA）射电望远镜的先导设备。它已成为近年来不断刷新羟基巨型脉泽距离纪录的主角：2022年，该望远镜发现了距离地球66亿光年的"Nkalakatha"（祖鲁语"大老板"），打破了此前阿雷西博望远镜保持近二十年的37亿光年纪录。而这一次，纪录再度被推进到110亿光年，几乎是上一个纪录的近两倍。

这个名为IRAS 16399的星系包含一个巨型脉泽，距离地球约3.7亿光年。星系内部有一个超大质量黑洞、两个核心以及一个正在发生剧烈恒星爆发的区域，而正是后者产生了巨型脉泽。恒星爆发之后，一些星系将不再形成恒星；而另一些星系则会在某个时间点重新开始形成恒星。图片来源：ESA/哈勃望远镜和NASA；鸣谢：Judy Schmidt (geckzilla)

值得关注的是，研究团队在同一数据集中还额外探测到了一条此前未知的中性氢吸收线。这条吸收线的速度与光学观测的系统红移吻合，而OH辐射则明显蓝移，暗示这个星系系统内部存在温热分子气体的外流运动，可能与中心活跃黑洞的活动有关。

这张由哈勃望远镜（蓝/白/暗）和阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA，红色）合成的图像不仅显示了碰撞星系系统Arp 220，还显示了包含水和羟基巨型脉泽明亮辐射的双核结构。天体物理脉泽与激光基于相同的物理原理，但实际上它们早在1958年实验室激光器发明之前就被发现了。图片来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）/NASA/ESA 和哈勃遗产团队（STScI/AURA）

这项发现在方法论上的意义同样值得重视。研究团队证明，通过主动搜索引力透镜系统来寻找高红移巨型脉泽，是一条切实可行且高效的观测策略。随着SKA中频阵列在未来建成投入使用，其灵敏度和角分辨率将远超MeerKAT，足以将OH巨型脉泽的探测边界推向宇宙的更早时期。

换句话说，这个"最遥远天然激光"的纪录，大概率不会保持太久。

信息来源：https://bigthink.com/starts-with-a-bang/most-distant-laser/