科學家發現五對超大質量雙黑洞

超大質量黑洞對的示意圖

圖片來源：NASA/CXC/A.Hobart

近日，天文學家們證認了一批星系中心的超大質量雙黑洞。這一發現將有助於天文學家們更好地理解巨大的黑洞是如何生長，並且如何產生宇宙中最強的引力波信號的。

新的證據揭示了五對超大質量雙黑洞，每一對雙黑洞都包含了數百萬倍太陽質量。這些雙黑洞形成於兩個星系碰撞並相互併合的時候，這一過程促使它們的超大質量黑洞相互靠近。

這些雙黑洞的證認工作結合了來自NASA的錢德拉X射線天文台、廣域紅外巡天探測器（WISE）和位於亞利桑那州的地基的大雙筒望遠鏡的數據。

這幅圖像展示了天文學家們新近證認的五對新的超大質量黑洞對中的兩對。證認工作結合了來自NASA的錢德拉X射線天文台、廣域紅外巡天探測器（WISE）和位於亞利桑那州的地基的大雙筒望遠鏡的數據。

圖片來源：Credits: X-ray (J122104): NASA/CXC/George Mason Univ./S.Satyapal et al.; X-ray (J140737): NASA/CXC/Univ. of Victoria/S.Ellison et al.; Optical: SDSS; Illustration: NASA/CXC/A.Hobart

「天文學家們在全宇宙中找到了單個的超大質量黑洞，」來自弗吉尼亞州費爾法克斯的喬治梅森大學的Shobita Satyapal說，他是描述這些結果的兩篇文章之一的第一作者。「不過，儘管我們已經預測超大質量雙黑洞在相互作用時生長迅速，生長中的超大質量雙黑洞一直都很難搜尋。

在這項研究之前，僅有不到十對從X射線研究中被發現的超大質量雙黑洞得到證實，它們當中大多數都是偶然被探測到的。為了實現系統性的搜索，研究團隊必須仔細篩選來自不同波段望遠鏡的數據。

由星系動物園（Galaxy Zoo）項目開始，研究人員們使用了斯隆數字化巡天（SDSS）的可見光數據來證認由看上去正在併合的兩個小星系組成的星系。從這一數據集中，他們選擇了SDSS數據中兩個星系之間的間隔小於30000光年的目標；同時，這些目標來自WISE數據的紅外顏色可以和理論預言的快速生長的超大質量黑洞的紅外顏色相匹配。

有七個包含至少一個超大質量黑洞的併合系統是通過這種技術找到的。因為強X射線輻射是生長中的超大質量黑洞的標誌，Satyapal和他的同事們接著使用錢德拉天文台觀測了這些系統。在這其中的5個系統中找到了相隔很近的X射線源，這為它們都包含兩個正在生長（或者進食）的超大質量黑洞提供了極強的證據。

不論是來自錢德拉的X射線數據還是紅外觀測，都顯示超大質量雙黑洞埋藏在大量的塵埃與氣體當中。

「我們的工作顯示，將紅外選源和X射線後續觀測相結合是一個非常有效的尋找這些黑洞對的方法。」 描述研究成果的另一文章第一作者，加拿大維多利亞大學的Sara Ellison說，「X射線和紅外輻射可以透過籠罩在這些黑洞對周圍的氣體和塵埃雲，而將兩個黑洞區分開則要用到視覺敏銳的錢德拉望遠鏡。」

Ellison領導的文章在確定一個新黑洞對時，還使用了來自阿帕奇天文台描繪近鄰星系（MaNGA）巡天項目的可見光數據。這對黑洞中的一個成員能量極大，其X射線光度在目前為止錢德拉觀測到的雙黑洞中是最高的。

這項工作對於迅速發展的引力波天體物理學也有意義。激光干涉引力波天文台（LIGO）的科學家已經探測到了併合雙黑洞的引力波信號，這些黑洞質量只在8到36倍太陽質量的小範圍內變動。

雙黑洞之旅

星系中心併合的黑洞就大多了。當這些超大質量黑洞相互間靠得越來越近時，它們也會產生引力波。經過數億年後，超大質量雙黑洞最終會併合成一個更大的黑洞。這個過程伴隨著部分質量向引力波的轉化，產生難以想像的巨大能量。

「了解超大質量雙黑洞的普遍程度，對於引力波天文台預測目標信號十分重要。」Satyapal說，「現在是研究併合黑洞的絕佳時期，因為已有的實驗已經擺在面前，還有未來的實驗亟待開展。我們正處於探索宇宙新時代的早期。

LIGO並不能探測到來自超大質量雙黑洞的引力波。而脈衝星計時陣列正在開展這一類搜尋，比如北美納赫茲引力波天文台（NANOGrav）。未來，太空激光干涉儀（LISA）也會搜尋這一類引力波。

Satyapal等人的文章報告了四對雙黑洞候選體，最近已被《天體物理學報》（The Astrophysical Journal）接收，並可以在線查閱（https://arxiv.org/abs/1707.03921）。Ellison等人的文章報告了另一對雙黑洞候選體，已在《皇家天文學會月刊》2017年9月刊上發表，並且可在線查閱（https://arxiv.org/abs/1705.05465）。

位於亞拉巴馬州亨茨維爾的NASA的馬歇爾空間中心為華盛頓的NASA的科學任務理事會管理錢德拉項目。位於馬薩諸塞州劍橋的史密松天體物理台管理錢德拉的科學和飛行操作。

位於加利福尼亞州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室為華盛頓的NASA的科學任務理事會管理和運行WISE巡天項目。位於猶他州洛根的空間動力學實驗室負責製造科學儀器。位於科羅拉多州波德市的波爾航天科技公司製造了飛行器。科學運行和數據處理在加州理工/紅外處理與分析中心（Caltech/IPAC）完成。加州理工為NASA管理噴氣推進實驗室（JPL）。

（作者：Molly Porter編輯：Lee Mohon翻譯：傅煜銘）

本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容，由傅煜銘綜合整理。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 NASA中文 的精彩文章: