最近，科學(xué)家觀測到了一個驚奇的天文現(xiàn)象，在遙遠的宇宙中一對超大質(zhì)量黑洞即將對撞。這項新研究發(fā)表于2019年7月10日的《天體物理期刊通訊》上。
最近，科學(xué)家觀測到了一個驚奇的天文現(xiàn)象，在遙遠的宇宙中一對超大質(zhì)量黑洞即將對撞。圖為超大質(zhì)量黑洞對模擬示意圖。
這對黑洞距地球約25億光年，質(zhì)量都有太陽的八億多倍。它們會圍繞彼此旋轉(zhuǎn)并逐步靠近。最終這對超級黑洞會碰撞并融為一體。這將對它們所處的星系造成恐怖的影響。
即使碰撞之前，兩個超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)造成的引力波也非常強大，遠遠超出已經(jīng)觀測到的恒星級黑洞的引力波。
“超大質(zhì)量黑洞對旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的引力波是宇宙中最強大的，”論文作者之一，美國紐約弗拉迪朗研究所(Flatiron Institute)計算天體物理中心的副研究員奇亞拉·曼加萊利(Chiara Mingarell)說，“來自超大質(zhì)量黑洞對的引力波比現(xiàn)在LIGO探測到的引力波強一百萬倍?！?/p>
?鑒于這對超大質(zhì)量黑洞離地球非常遙遠，即使光速也要數(shù)十億年才能到達地球，科學(xué)家認(rèn)為這對黑洞早已對撞融合，只是引力波還沒到達地球而已。湊巧的是，目前天文學(xué)家的理論模型認(rèn)為在大約二三十億年前有很多超大質(zhì)量黑洞對撞并造成引力波。
探測超大質(zhì)量黑洞對的引力波信號將有助于解決天文學(xué)中一些最重要的問題，例如星系合并的概率以及超大質(zhì)量黑洞對是否最終真的會對撞合并還是會彼此無止盡地旋轉(zhuǎn)下去。
論文作者之一，普林斯頓大學(xué)(Princeton University)的珍妮·格林(Jenny Greene)教授說：“目前天文學(xué)研究中有一個很尷尬的重要問題，我們不知道超大質(zhì)量黑洞對是否最終會合并。觀察超大質(zhì)量黑洞對的引力波信號對于黑洞物理學(xué)是一個需要解決的長期難題?！?/p>
超大質(zhì)量黑洞一般具有數(shù)百萬甚至數(shù)十億的太陽質(zhì)量。幾乎所有的星系，包括我們的銀河系，在中心部分一般都至少有一個這樣的龐然大物。當(dāng)星系對撞合并時，它們的超大質(zhì)量黑洞相遇并開始相互繞行。隨著時間的推移，星際氣體和恒星會在黑洞之間穿過并竊取能量，造成黑洞繞行軌道逐步收緊。
然而，一旦超大質(zhì)量黑洞對足夠接近，恒星和星際氣體就無法繼續(xù)盜竊能量了。一些理論研究表明，黑洞繞行軌道會在大約1 個秒差距的位置(大約3.2光年)停滯收縮。這種停滯幾乎是無限期的。果真如此的話，那超大質(zhì)量黑洞對就不會最終融合，只有非常罕見的三個或更多超大質(zhì)量黑洞群才會最終碰撞合并。
?如果超大黑洞對真的不會碰撞合并，天文學(xué)家預(yù)計宇宙中會充滿來自超大質(zhì)量黑洞對的引力波噪音。 “這種噪音被稱為引力波背景，就像夜晚蟋蟀嘰嘰喳喳地亂叫，”論文第一作者安迪·古爾丁(Andy Goulding)博士說，“你無法區(qū)分每一個蟋蟀的叫聲，但是全部叫聲的大小可以幫助估計到底有多少只蟋蟀。但是如果兩個超大質(zhì)量黑洞對最終碰撞合并，在合并時它們會發(fā)出雷鳴般的巨響。不過這樣的事件非常短暫也非常罕見，所以我們不一定能很快發(fā)現(xiàn)它。”
研究團隊使用哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)探測到了這兩個黑洞。盡管通過光學(xué)望遠鏡無法直接看到超大質(zhì)量黑洞，但是可以看到聚集在黑洞對附近的明亮恒星團和被黑洞強大引力拖入的高溫星際氣體。經(jīng)過分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)包含兩個巨大的黑洞。
更進一步，研究團隊分析了這一發(fā)現(xiàn)對引力波背景的影響，并估計了在目前可探測范圍內(nèi)到底有多少超大質(zhì)量黑洞對。根據(jù)模型結(jié)果，研究團隊預(yù)計大約有112個附近的超大質(zhì)量黑洞對在發(fā)射引力波。這個模型可以幫助科學(xué)家估計附近有多少超大質(zhì)量黑洞正在發(fā)射我們現(xiàn)在可以探測到的引力波。
