黑洞在碰撞前是如何發光的？
一種新的模型表明超大質量黑洞合併後，會在可怕的紫外線和x射線下發光，因為它們螺旋上升，不可避免地會發生碰撞。美國國家航空航天局(NASA)的一份聲明稱：超大質量黑洞的質量是太陽質量的數百萬倍或數十億倍，幾乎存在於每一個至少與我們銀河系大小相當的星系中。科學家知道星系通常合併在一起，這將發生在銀河系和仙女座（在大約40億年後）。馬里蘭州美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體物理學家斯科特·諾布爾(Scott Noble)說：星系中心有超大質量黑洞的星系在宇宙中一直存在，但我們只看到星系中心附近有兩個黑洞的一小部分。
博科園-科學科普：儘管科學家們以前見過黑洞合併，但根據該聲明，它們要小得多——相當於一顆恆星的大小，也就是說質量是太陽的三到幾十倍。這些恆星大小的黑洞合併是由美國國家科學基金會的激光干涉儀引力波天文台(LIGO)探測到。科學家通過探測引力波發現了它們，引力波是這些大型合併後時空中的漣漪。超大質量黑洞的合併將更難追蹤，因為它們之間的距離往往遠得多，發出的引力波信號也較弱。為了探測到這種微小的信號，探測器需要位於太空中，以避免被地球上的地震波干擾。未來可能實現這一目標的任務是歐洲航天局的激光干涉太空天線(LISA)，計劃在2030年發射。
（本文全部圖片均為模擬視頻截圖）這是來自美國國家航空航天局的模擬圖，顯示了兩個超大質量黑洞在碰撞前相互旋轉時發出的光芒。圖片：NASA"s Goddard Space Flight Center
然而還有另一種可能的方法來發現超大規模的合併。當星系合併時，它們會帶來氣體、塵埃、恆星和行星的集合。當碰撞發生時，許多這種物質會被拖向黑洞——然後黑洞開始「吞噬」這種物質，產生天文學家應該能夠看到的輻射(在物質穿過黑洞的視界之前)。這個新模擬追蹤了三個超大質量黑洞的運行軌道，它們距離完全融合的軌道大約有40個。這個模型表明，在這次合併中，在望遠鏡中可以看到一些紫外光和高能x射線。當黑洞合併時，有三個發光的區域，都被熱氣流連接在一起：圍繞整個系統的一個大環，稱為圓環盤，在每個黑洞周圍有兩個較小的環，稱為迷你盤。
所有這些物體都主要發射紫外線，當氣體以很高的速率流入一個小型圓盤時，圓盤上的紫外光與每個黑洞的冕層相互作用，冕層是圓盤上方和下方高能亞原子粒子的區域。這種相互作用產生x射線。當吸積速率較低時，紫外光相對於x光變暗。模擬結果表明，超大質量黑洞合併後的x射線比單獨超大質量黑洞所觀測到的x射線更亮，也更多變(這些變化與黑洞軌道周圍氣體的速度有關，也與合併黑洞自身的軌道有關)。這個模擬是在伊利諾大學香檳分校的國家超級計算應用中心的Blue Waters超級計算機上進行，這個特別的模擬估計了氣體的溫度，而未來的模擬將包括溫度、總質量和距離等參數，以觀察合併產生的光的影響。
博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《天體物理學》
文：Elizabeth Howell/Space
DOI：doi.org/10.3847/1538-4357/aad8b4
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