史無前例的觀測揭示兩個超大質量黑洞陷入緊密的死亡螺旋

新研究描述了在一個遙遠星系中發現的意外雙噴流，表明一對超大質量黑洞正處于碰撞邊緣。

毫無疑問，超大質量黑洞是宇宙中的龐然大物，其質量可達太陽的百萬倍乃至數十億倍。然而，它們如何成長為如此巨物仍是一個有爭議的話題。科學家們認為黑洞通過相互并合來增長質量，但至今未能探測到一對近距離的彼此繞轉的黑洞。如今，歷經23年積累的觀測數據或許終于能幫助解開宇宙中這些臭名昭著巨獸的謎團。

一個天文學家團隊可能已經找到了首個直接證據，證明一對超大質量黑洞正在一個星系中心近距離相互繞轉。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。相關研究結果已被《皇家天文學會月刊》接收，即將發表。

看到雙影

這一發現背后的團隊由馬克斯·普朗克射電天文學研究所的西爾克·布里岑領導，他們分析了星系馬卡良501的高分辨率觀測數據。這些觀測數據涵蓋了多種射電頻率，是在長達23年的時間跨度內，于不同日期收集的。

數據揭示了一些引人入勝的現象：黑洞會發射出強大而狹窄的物質和能量束，以接近光速射入太空。科學家此前已拍攝到一股從馬卡良501星系中心射出的噴流，但數據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。

確認直接成像顯示一個星系發射出兩股噴流，意味著其中心存在兩個超大質量黑洞。布里岑在一份聲明中說："我們尋找了這么久，結果完全出乎意料——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，天文學家就注意到噴流發生了顯著變化。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這一過程。布里岑解釋說："評估這些數據的感覺就像在船上一樣。整個噴流系統都在運動。一個雙黑洞系統可以解釋這一點：軌道平面在搖擺。"

2022年6月，該系統發出的輻射呈現出一個環狀結構，即所謂的"愛因斯坦環"。這種現象發生在遙遠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，但對于兩個如此尺寸的天體來說，已是相對較小的間距了。

根據數據，研究人員認為這兩個黑洞可能在大約100年內并合。如果它們真的并合，其碰撞將產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，其頻率會穩步上升，這將為觀察超大質量黑洞并合過程的展開提供一個難得的機會。"

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