黑洞也"成雙成對"？迄今最重超大質(zhì)量黑洞對被發(fā)現(xiàn)！

美國天文學(xué)家利用北雙子座望遠(yuǎn)鏡的檔案數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了迄今已知最重的超大質(zhì)量黑洞對，兩者的“體重”為280億倍太陽質(zhì)量。這一發(fā)現(xiàn)有助科學(xué)家厘清一個長期存在的未知之謎：為何在宇宙中，超大質(zhì)量黑洞并合事件很難發(fā)生。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《天體物理雜志》。

01 最重超大質(zhì)量黑洞對

研究團(tuán)隊分析了位于橢圓星系B2 0402+379內(nèi)的超大質(zhì)量黑洞對。這是唯一被分析得足夠詳細(xì)的超大質(zhì)量黑洞對，且兩個黑洞間僅相距24光年。這兩個黑洞如此靠近，預(yù)示著它們可能會發(fā)生強有力的并合。但進(jìn)一步的研究表明，這對黑洞在此距離上已停留了30多億年。

論文合著者、斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授羅杰·羅曼尼表示，為更好地了解這個系統(tǒng)的動力學(xué)及其未并合的原因，他們查閱了北雙子座望遠(yuǎn)鏡的檔案數(shù)據(jù)，確定了黑洞附近恒星的速度，并由此推斷出這對黑洞的總質(zhì)量為太陽的280億倍，是迄今測量到的最重的黑洞對。

研究團(tuán)隊表示，這一測量結(jié)果不僅為研究雙黑洞系統(tǒng)的形成及其宿主星系的歷史提供了寶貴資料，而且支持了一個長期以來的理論，即超大質(zhì)量黑洞對的質(zhì)量是阻止其并合的關(guān)鍵。

通常情況下，擁有較輕黑洞對的星系似乎有足夠恒星和質(zhì)量來讓兩者發(fā)生并合，比如2015年，科學(xué)家通過引力波檢測到恒星質(zhì)量黑洞發(fā)生并合。但由于這對黑洞非常重，需要大量恒星和氣體才能完成這項工作。鑒于B2 0402+379星系內(nèi)缺乏足夠物質(zhì)來做到這一點，這對黑洞的并合因此停滯不前。

羅曼尼指出，這對黑洞最終能否在數(shù)百萬年的時間尺度上并合還有待確定。如果它們并合，所產(chǎn)生引力波的強度將是恒星質(zhì)量黑洞并合的1億倍。

02 超大質(zhì)量雙黑洞的合并

事實上，科學(xué)家曾不止一次發(fā)現(xiàn)即將并合的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)，以及通過其他方式（多為利用雙黑洞導(dǎo)致的間接效應(yīng)）發(fā)現(xiàn)的一些候選體，但因觀測的不確定性，這些候選體是否為超大質(zhì)量雙黑洞本身就存在較多爭議，且這些候選體都離地球太遠(yuǎn)，更難確定雙黑洞的間距以及并合時間?？茖W(xué)家一致認(rèn)為，雙黑洞并合的結(jié)果是在星系中心誕生一個質(zhì)量更大的超大質(zhì)量黑洞，這是黑洞增長形成超大質(zhì)量黑洞的主要途徑。

與恒星級雙黑洞并合一樣，星系中心超大質(zhì)量雙黑洞的并合也會產(chǎn)生很強的引力波輻射。2016年，美國激光干涉引力波天文臺首次直接探測到恒星級質(zhì)量雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波事件GW150914，開啟了引力波天文學(xué)新紀(jì)元。

超大質(zhì)量雙黑洞并合所產(chǎn)生的引力波頻率不在地面引力波探測器激光干涉引力波天文臺的探測范圍。對于百萬太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量雙黑洞并合事件，其輻射的引力波頻率在毫赫茲頻段，這是未來空間低頻引力波探測器，如我國的“天琴”“太極”和歐洲LISA項目主要的探測對象。而幾億到幾十億太陽質(zhì)量的雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波頻率在極低頻（納赫茲到微赫茲），只能通過脈沖星計時陣列進(jìn)行探測。

03 宇宙車禍現(xiàn)場

超大質(zhì)量雙黑洞在宇宙中存量很大，其產(chǎn)生的很多引力波因為太弱而無法分辨，這些信號疊加形成了引力波背景噪聲?？茖W(xué)家通過探測這些引力波背景噪聲，就可以估算出有多少超大質(zhì)量雙黑洞正在向地球輻射引力波。

目前，天文學(xué)家已經(jīng)觀測到不少黑洞并合的“宇宙車禍現(xiàn)場”。這種并合是星系增長的主要方式。研究表明，大質(zhì)量星系可能是次級星系多次并合的結(jié)果。并合也是星系形態(tài)形成的原因。碰撞過程中，星系中的氣體壓縮，使得大量恒星快速形成，星暴星系由此形成。

同時，部分特殊形態(tài)的星系也可能由碰撞而來，如車輪星系可能是一個小星系垂直穿過一個大漩渦星系的結(jié)果。

綜合來源：新華網(wǎng)、科技日報等