史無(wú)前例的觀測(cè)揭示兩個(gè)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(gè)遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)的意外雙噴流，表明一對(duì)超大質(zhì)量黑洞正處于碰撞邊緣。

毫無(wú)疑問(wèn)，超大質(zhì)量黑洞是宇宙中的龐然大物，其質(zhì)量可達(dá)太陽(yáng)的百萬(wàn)倍乃至數(shù)十億倍。然而，它們?nèi)绾纬砷L(zhǎng)為如此巨物仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的話題。科學(xué)家們認(rèn)為黑洞通過(guò)相互并合來(lái)增長(zhǎng)質(zhì)量，但至今未能探測(cè)到一對(duì)近距離的彼此繞轉(zhuǎn)的黑洞。如今，歷經(jīng)23年積累的觀測(cè)數(shù)據(jù)或許終于能幫助解開(kāi)宇宙中這些臭名昭著巨獸的謎團(tuán)。

一個(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)找到了首個(gè)直接證據(jù)，證明一對(duì)超大質(zhì)量黑洞正在一個(gè)星系中心近距離相互繞轉(zhuǎn)。這兩個(gè)黑洞可能正處于一場(chǎng)史詩(shī)級(jí)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(huì)月刊》接收，即將發(fā)表。

看到雙影

這一發(fā)現(xiàn)背后的團(tuán)隊(duì)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(cè)數(shù)據(jù)。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)涵蓋了多種射電頻率，是在長(zhǎng)達(dá)23年的時(shí)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(huì)發(fā)射出強(qiáng)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(shí)——從該星系射出的強(qiáng)力粒子噴流不是一股，而是兩股。

確認(rèn)直接成像顯示一個(gè)星系發(fā)射出兩股噴流，意味著其中心存在兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞。布里岑在一份聲明中說(shuō)："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(yùn)動(dòng)軌跡。"

軌道之舞

第一股噴流指向地球方向，因此看起來(lái)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(cè)到。

在短短幾周的觀測(cè)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(kāi)始，圍繞它逆時(shí)針移動(dòng)，并一遍又一遍地重復(fù)這一過(guò)程。布里岑解釋說(shuō)："評(píng)估這些數(shù)據(jù)的感覺(jué)就像在船上一樣。整個(gè)噴流系統(tǒng)都在運(yùn)動(dòng)。一個(gè)雙黑洞系統(tǒng)可以解釋這一點(diǎn)：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(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即所謂的"愛(ài)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(gè)近乎完美的圓圈時(shí)。研究人員表示，這也幫助證實(shí)了雙黑洞的存在，因?yàn)榍胺胶诙吹囊ν哥R效應(yīng)塑造了其后方第二股噴流的光線形狀。

這兩個(gè)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(lái)可能非常遙遠(yuǎn)，但對(duì)于兩個(gè)如此尺寸的天體來(lái)說(shuō)，已是相對(duì)較小的間距了。

根據(jù)數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為這兩個(gè)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(jì)時(shí)陣列這樣超高靈敏度的射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)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(shuō)："如果探測(cè)到引力波，我們甚至可能看到隨著這兩個(gè)巨物螺旋靠近直至碰撞，其頻率會(huì)穩(wěn)步上升，這將為觀察超大質(zhì)量黑洞并合過(guò)程的展開(kāi)提供一個(gè)難得的機(jī)會(huì)。"

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