來自巨型黑洞的寶藏

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來源：LIGO/A. Simonnet

幾十年來，天文學家認為超大質量黑洞(SMBHs)位於大多數大型星系的中心。這些從數十萬到數十億個太陽質量的黑洞，對周圍的物質產生著強大的影響，並被認為是活動星系核(AGN)產生的原因。只要天文學家對黑洞逐步了解，就會試圖解釋它們是如何形成和演化。

在最近發表的兩項研究中，兩組國際研究小組報告了在遙遠星系的中心新發現的五對黑洞。這一發現可以幫助天文學家們了解黑洞如何形成和演化，以及黑洞的合併如何產生宇宙中最強烈的引力波。

在一項名為《中紅外探測活動星系核合併後期》的研究中，喬治梅森大學的天體物理學教授肖畢塔·塞特亞帕爾(Shobita Satyapal)在研究中報告了第四個雙黑洞的候選，發表在《天體物理學雜誌》。

紅外線和X射線的數據

來源：NASA/CXC/Univ. of Victoria/S.Ellison et al./George Mason Univ./S.Satyapal et al./SDSS

第二項研究是由維多利亞大學天體物理學教授薩拉·埃里森(Sarah Ellison)領導的，該研究報告了第五對雙黑洞候選，標題《一個相距約8kpc的雙活動星系核的發現》，最近發表在皇家天文學會的月刊上。這五對黑洞的發現非常偶然，因為它們十分罕見。

正如肖畢塔在錢德拉的新聞聲明中所解釋的那樣:

「天文學家們已經在宇宙中發現了單一的超大質量黑洞。但是，即使我們預測它們在相互作用的過程中會迅速增長，但不斷增長的超大質量雙黑洞仍很難找到。」

發現雙黑洞需要將來自不同地面和天基儀器的數據結合起來，其中包括來自斯隆數字巡天(SDSS)的光學數據，來自美國亞利桑那州格雷厄姆山山頂大型雙筒望遠鏡(LBT)，來自NASA廣域紅外巡天望遠鏡(WISE)的近紅外數據，以及來自NASA錢德拉X射線天文台的X射線數據。

肖畢塔、埃里森和他們各自的團隊都在尋找雙活動星系核——被認為是星系合併的產物。他們開始從SDSS的光學數據中尋找那些似乎正在合併的星系，從WISE巡天的數據中尋找那些有活動星系核的星系。

來源：NASA/CXC/A.Hobart

然後，他們根據錢德拉高新CCD成像光譜儀(ACIS)和LBT的數據，以確定目前可能處於合併的先進階段的七個星系。埃里森領導的這項研究同時也在利用阿帕奇波因特天文台(MaNGA)所提供的光學數據，以確定其中一個黑洞對。

從匯總後的數據中，他們發現在七個合併星系中有五個可能會有雙活動星系核，它們相距不超過3萬光年。WISE提供的紅外數據證明了這一點，這與快速增長的超大質量黑洞的預測相符。

此外，錢德拉提供的數據顯示出了距離很近的X射線源，這也與黑洞的形成相一致，物質慢慢地被吸積在它們上面。紅外線和X射線的數據也表明超大質量的黑洞處於大量的塵埃和氣體之中。正如埃利森所指出的，這些發現是通過對多種波長的數據進行處理的艱苦工作的結果。

「我們的研究表明，將紅外與x射線探測結合起來，是發現這些黑洞對的一種高效方法。x射線和紅外線輻射能夠穿透黑洞周圍的氣體和塵埃，錢德拉的高解析度用來分辨出它們。」

來源：Bohn et al.

在這項研究之前，基於X射線的研究僅確認了不到十對生長的黑洞，都是偶然的發現。這項最新的研究發現了五個黑洞對是非常幸運的。除了支持超大質量黑洞由小黑洞合併形成的假設外，這些研究也對引力波的研究產生了深遠影響。

肖畢塔說:「了解超大質量黑洞的相互作用是很重要的，可以幫助預測引力波信號。隨著實驗的進行，這是研究黑洞合併的大好時光，我們正處於探索宇宙的新時代的早期階段。」

自2016年以來，通過LIGO和VIRGO等儀器檢測到總共有4個引力波實例。然而，這些探測是黑洞合併的結果，它們的體積更小，質量也更小，在8~36倍太陽質量之間。

另一方面，超大質量黑洞的質量要大得多，它們可能會產生更大的引力波信號，因為它們之間的距離越來越近。在幾億年間，當這些黑洞對進行最終合併時，由質量轉化成引力波的能量將是不可思議的。

目前，像LIGO和VIRGO這樣的天文台無法探測到超大質量黑洞對所產生的引力波。這項工作是由諸如北美納米赫茲天文台的引力波探測器(NANOGrav)所完成的，它依賴於高精度毫秒脈衝星來測量引力波對時空的影響。

激光干涉空間天線(LISA)將成為基於太空的首個專用引力波探測器，它也有望在探索中有所幫助。與此同時，引力波研究已經從先進的LIGO和VIRGO間的合作中得到了好成果。

在未來，科學家們還預計他們將能夠通過引力波研究來研究超新星的內部結構，這很可能揭示出黑洞形成背後的機制。在所有這些正在進行的努力和未來的發展中，我們可以期待在其中「聽到」更多的宇宙信息和更強大的力量。

內容選自：universetoday

翻譯：GLA

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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via Philip J. Carter

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