史無前例的觀測揭示兩個超大質(zhì)量黑洞陷入緊密的死亡螺旋

新研究描述了在一個遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)的意外雙噴流，表明一對超大質(zhì)量黑洞正處于碰撞邊緣。

毫無疑問，超大質(zhì)量黑洞是宇宙中的龐然大物，其質(zhì)量可達太陽的百萬倍乃至數(shù)十億倍。然而，它們?nèi)绾纬砷L為如此巨物仍是一個有爭議的話題。科學(xué)家們認(rèn)為黑洞通過相互并合來增長質(zhì)量，但至今未能探測到一對近距離的彼此繞轉(zhuǎn)的黑洞。如今，歷經(jīng)23年積累的觀測數(shù)據(jù)或許終于能幫助解開宇宙中這些臭名昭著巨獸的謎團。

一個天文學(xué)家團隊可能已經(jīng)找到了首個直接證據(jù)，證明一對超大質(zhì)量黑洞正在一個星系中心近距離相互繞轉(zhuǎn)。這兩個黑洞可能正處于一場史詩級碰撞的邊緣，一旦碰撞，它們將合二為一。相關(guān)研究結(jié)果已被《皇家天文學(xué)會月刊》接收，即將發(fā)表。

看到雙影

這一發(fā)現(xiàn)背后的團隊由馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所的西爾克·布里岑領(lǐng)導(dǎo)，他們分析了星系馬卡良501的高分辨率觀測數(shù)據(jù)。這些觀測數(shù)據(jù)涵蓋了多種射電頻率，是在長達23年的時間跨度內(nèi)，于不同日期收集的。

數(shù)據(jù)揭示了一些引人入勝的現(xiàn)象：黑洞會發(fā)射出強大而狹窄的物質(zhì)和能量束，以接近光速射入太空。科學(xué)家此前已拍攝到一股從馬卡良501星系中心射出的噴流，但數(shù)據(jù)揭示了更令人驚奇的事實——從該星系射出的強力粒子噴流不是一股，而是兩股。

確認(rèn)直接成像顯示一個星系發(fā)射出兩股噴流，意味著其中心存在兩個超大質(zhì)量黑洞。布里岑在一份聲明中說："我們尋找了這么久，結(jié)果完全出乎意料——我們不僅看到了第二股噴流，甚至還能追蹤它的運動軌跡。"

軌道之舞

第一股噴流指向地球方向，因此看起來更亮。而令人驚奇的第二股噴流指向不同，使得它更難被探測到。

在短短幾周的觀測中，天文學(xué)家就注意到噴流發(fā)生了顯著變化。第二股噴流從較大的黑洞后方開始，圍繞它逆時針移動，并一遍又一遍地重復(fù)這一過程。布里岑解釋說："評估這些數(shù)據(jù)的感覺就像在船上一樣。整個噴流系統(tǒng)都在運動。一個雙黑洞系統(tǒng)可以解釋這一點：軌道平面在搖擺。"

2022年6月，該系統(tǒng)發(fā)出的輻射呈現(xiàn)出一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即所謂的"愛因斯坦環(huán)"。這種現(xiàn)象發(fā)生在遙遠(yuǎn)天體的光線被彎曲成一個近乎完美的圓圈時。研究人員表示，這也幫助證實了雙黑洞的存在，因為前方黑洞的引力透鏡效應(yīng)塑造了其后方第二股噴流的光線形狀。

這兩個黑洞大約每121天相互繞轉(zhuǎn)一圈，彼此間的距離大約是日地距離的250到540倍。這看起來可能非常遙遠(yuǎn)，但對于兩個如此尺寸的天體來說，已是相對較小的間距了。

根據(jù)數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為這兩個黑洞可能在大約100年內(nèi)并合。如果它們真的并合，其碰撞將產(chǎn)生極低頻率的引力波。這些引力波可以被像脈沖星計時陣列這樣超高靈敏度的射電望遠(yuǎn)鏡探測到。

研究合著者、馬克斯·普朗克研究所的研究員埃克托爾·奧利瓦雷斯在聲明中說："如果探測到引力波，我們甚至可能看到隨著這兩個巨物螺旋靠近直至碰撞，其頻率會穩(wěn)步上升，這將為觀察超大質(zhì)量黑洞并合過程的展開提供一個難得的機會。"

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