来自巨型黑洞的宝藏
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来源：LIGO/A. Simonnet
几十年来，天文学家认为超大质量黑洞(SMBHs)位于大多数大型星系的中心。这些从数十万到数十亿个太阳质量的黑洞，对周围的物质产生着强大的影响，并被认为是活动星系核(AGN)产生的原因。只要天文学家对黑洞逐步了解，就会试图解释它们是如何形成和演化。
在最近发表的两项研究中，两组国际研究小组报告了在遥远星系的中心新发现的五对黑洞。这一发现可以帮助天文学家们了解黑洞如何形成和演化，以及黑洞的合并如何产生宇宙中最强烈的引力波。
在一项名为《中红外探测活动星系核合并后期》的研究中，乔治梅森大学的天体物理学教授肖毕塔·塞特亚帕尔(Shobita Satyapal)在研究中报告了第四个双黑洞的候选，发表在《天体物理学杂志》。
红外线和X射线的数据
来源：NASA/CXC/Univ. of Victoria/S.Ellison et al./George Mason Univ./S.Satyapal et al./SDSS
第二项研究是由维多利亚大学天体物理学教授萨拉·埃里森(Sarah Ellison)领导的，该研究报告了第五对双黑洞候选，标题《一个相距约8kpc的双活动星系核的发现》，最近发表在皇家天文学会的月刊上。这五对黑洞的发现非常偶然，因为它们十分罕见。
正如肖毕塔在钱德拉的新闻声明中所解释的那样:
“天文学家们已经在宇宙中发现了单一的超大质量黑洞。但是，即使我们预测它们在相互作用的过程中会迅速增长，但不断增长的超大质量双黑洞仍很难找到。”
发现双黑洞需要将来自不同地面和天基仪器的数据结合起来，其中包括来自斯隆数字巡天(SDSS)的光学数据，来自美国亚利桑那州格雷厄姆山山顶大型双筒望远镜(LBT)，来自NASA广域红外巡天望远镜(WISE)的近红外数据，以及来自NASA钱德拉X射线天文台的X射线数据。
肖毕塔、埃里森和他们各自的团队都在寻找双活动星系核——被认为是星系合并的产物。他们开始从SDSS的光学数据中寻找那些似乎正在合并的星系，从WISE巡天的数据中寻找那些有活动星系核的星系。
来源：NASA/CXC/A.Hobart
然后，他们根据钱德拉高新CCD成像光谱仪(ACIS)和LBT的数据，以确定目前可能处于合并的先进阶段的七个星系。埃里森领导的这项研究同时也在利用阿帕奇波因特天文台(MaNGA)所提供的光学数据，以确定其中一个黑洞对。
从汇总后的数据中，他们发现在七个合并星系中有五个可能会有双活动星系核，它们相距不超过3万光年。WISE提供的红外数据证明了这一点，这与快速增长的超大质量黑洞的预测相符。
此外，钱德拉提供的数据显示出了距离很近的X射线源，这也与黑洞的形成相一致，物质慢慢地被吸积在它们上面。红外线和X射线的数据也表明超大质量的黑洞处于大量的尘埃和气体之中。正如埃利森所指出的，这些发现是通过对多种波长的数据进行处理的艰苦工作的结果。
“我们的研究表明，将红外与X射线探测结合起来，是发现这些黑洞对的一种高效方法。x射线和红外线辐射能够穿透黑洞周围的气体和尘埃，钱德拉的高分辨率用来分辨出它们。”
来源：Bohn et al.
在这项研究之前，基于X射线的研究仅确认了不到十对生长的黑洞，都是偶然的发现。这项最新的研究发现了五个黑洞对是非常幸运的。除了支持超大质量黑洞由小黑洞合并形成的假设外，这些研究也对引力波的研究产生了深远影响。
肖毕塔说:“了解超大质量黑洞的相互作用是很重要的，可以帮助预测引力波信号。随着实验的进行，这是研究黑洞合并的大好时光，我们正处于探索宇宙的新时代的早期阶段。”
自2016年以来，通过LIGO和VIRGO等仪器检测到总共有4个引力波实例。然而，这些探测是黑洞合并的结果，它们的体积更小，质量也更小，在8~36倍太阳质量之间。
另一方面，超大质量黑洞的质量要大得多，它们可能会产生更大的引力波信号，因为它们之间的距离越来越近。在几亿年间，当这些黑洞对进行最终合并时，由质量转化成引力波的能量将是不可思议的。
目前，像LIGO和VIRGO这样的天文台无法探测到超大质量黑洞对所产生的引力波。这项工作是由诸如北美纳米赫兹天文台的引力波探测器(NANOGrav)所完成的，它依赖于高精度毫秒脉冲星来测量引力波对时空的影响。
激光干涉空间天线(LISA)将成为基于太空的首个专用引力波探测器，它也有望在探索中有所帮助。与此同时，引力波研究已经从先进的LIGO和VIRGO间的合作中得到了好成果。
在未来，科学家们还预计他们将能够通过引力波研究来研究超新星的内部结构，这很可能揭示出黑洞形成背后的机制。在所有这些正在进行的努力和未来的发展中，我们可以期待在其中“听到”更多的宇宙信息和更强大的力量。
内容选自：universetoday
翻译：GLA
来源：牧夫天文
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