7.5亿光年之外的两个黑洞在跳舞

作者: 艾麦乐

来源: 果壳

发布日期: 2017-07-05

天文学家利用甚长基线阵列(VLBA)在距离地球7.5亿光年的星系中,首次探测到一对超大质量黑洞相互绕转的轨道运动。这对黑洞总质量相当于150亿个太阳,彼此间距约24光年,预计数百万年后将合并,产生强大的引力波。

7.5亿光年之外,有两个黑洞。这两个黑洞超级大,总质量有150亿个太阳那么多,它们是两个星系合并留下的产物。现在,或者说7.5亿年前的现在,它们正互相围绕着,旋转跳舞。引力是它们伸出的手,它们勾连的臂膀长达24光年。它们围绕着一个质心疯狂舞蹈,但转上一圈需要大约30000年。黑洞一边旋转、一边吞噬、一边激发出能量。当两个黑洞跳起舞蹈时,一切都变得有迹可循。

大约在数百万年后,两个黑洞最终会拥抱在一起。那时,它们在引力波上奏出更强烈的鼓点。现在,我们,银河系猎户臂太阳的第三颗行星上的生物,正在观看这一场舞蹈:距离地球7.5亿光年的一个星系中心,有两个超大量黑洞正在相互绕转。

利用甚长基线阵列(VLBA)超敏锐的射电波“视力”,天文学家在距离地球大约7.5亿光年的一个星系中,首次探测到了一对超大质量黑洞相互绕转的轨道运动。

这两个黑洞,质量加在一起相当于太阳的150亿倍,彼此之间可能只隔了大约24光年。美国新墨西哥大学的格雷格‧泰勒(Greg Taylor)说,“把这样一对黑洞分辨成两个天体,还能看到它们相对于彼此的运动,这是破天荒的头一次。因此,它们也成为了第一对黑洞‘视双星’。”

超大质量黑洞,质量相当于太阳的上百万倍到数十亿倍,存在于大多数星系的核心。

两个如此庞大的黑洞共存于单个星系的中心,意味着这个星系过去曾与另一个星系发生过并合。在这种情况下,两个黑洞最终或许会合二为一,在此过程中产生强大的引力波,并将这种涟漪传向整个宇宙。“我们认为,这个星系中的两个超大质量黑洞将会合二为一。”新墨西哥大学的研究生卡瑞诗玛‧班萨尔(Karishma Bansal)说,不过这一事件至少还要再过几百万年才会发生。

这个星系是一个椭圆星系,名为0402+379,以它在天空中的位置命名,最早在1995年被观测到。2003年和2005年,甚长基线阵列对它进行过观测。当时的观测表明,这个星系拥有两个核心,而非一个,因此泰勒及其同事在2006年得出结论,这个星系包含一对超大质量黑洞。在最新的研究中,泰勒及其同事结合了2009年和2015年VLBA对这个星系所作的新观测,并重新分析了VLBA先前的观测数据。

这顶研究揭示出这两个核心在运动,证实了两个黑洞确实环绕彼此旋转。科学家的初步计算结果表明,它们相互完成一圈旋转大约需要30 000年。

“我们需要继续观测这个星系,从而增进我们对于它们旋转轨道的理解,并更准确地测量这两个黑洞的质量。”泰勒说,“这对黑洞给我们提供了首次机会,能够研究这样一个系统如何相互作用。”天文学家还希望发现其他类似的系统。

通过星系并合将两个超大质量黑洞凑到一起,天文学家认为这样的过程在宇宙中普遍发生着,因此他们预期这样的超大质量双黑洞也应该很常见才对。“现在,我们已经能够测量这样一对黑洞的轨道运动,这将激励我们去寻找其他类似的双黑洞。”班萨尔说,“或许,我们能找到其他更容易研究的双黑洞。”

甚长基线阵列,由遍布美国全境的10面碟形天线构成,协同工作时相当于一台超大射电望远镜,能够提供超清晰的射电成像观测。

甚长基线阵列,是美国甚长基线天文台的一部分,由10面240吨重的碟形天线构成,遍布在美国全境,从夏威夷一直分布到加勒比海的圣克罗伊岛。全部10面天线作为单台射电望远镜协同工作时,能够提供天文学观测领域最强大的解析能力。正是这一出众的分辨能力,让科学家能够对宇宙中的天体及其运动进行精细到极致的测量。对星系0402+379中这对双黑洞的研究就是一个典型的例子。

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