两个超大质量黑洞被发现在一起“吃饭”

来源：cnBeta 　2023-01-23 20:42:32

在使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）--一个由美国国家科学基金会的国家射电天文台（NRAO）合作的国际观测站--研究附近的一对合并星系时，科学家发现在新凝聚的星系中心附近有两个超大质量的黑洞同时生长。这些超级饥饿的巨兽是科学家们在多个波长下观察到的最接近的。

更重要的是，这项新的研究显示，双体黑洞和创造它们的星系合并可能在宇宙中令人惊讶地普遍存在。这项新研究的结果于1月9日发表在《天体物理学杂志通讯》上，并在华盛顿州西雅图举行的美国天文学会（AAS）第241次会议的新闻发布会上进行了介绍。

(资料图)

UGC4211距离地球仅5亿光年，位于巨蟹座，是研究星系合并结束阶段的理想候选者，这种合并在遥远的宇宙中发生得更频繁，因此可能难以观察到。当科学家们利用ALMA的高灵敏度1.3毫米接收机深入观察合并后的活跃星系核--星系中由中央黑洞周围的物质吸积所造成的紧凑、高度发光的区域--他们发现不是一个，而是两个黑洞在贪婪地吞噬合并后的副产品。令人惊讶的是，它们并排在一起吃饭，中间只有750光年的距离。

这对被称为UGC 4211的合并星系隐藏着一个大秘密：一对黑洞正在一起用餐，吞噬着它们周围的气体和尘埃。科学家们通过多个研究项目和望远镜的观测发现并证实了这对星系的存在--它们之间的距离只有750光年--这些项目和望远镜包括：塞罗托洛美洲天文台（CTIO）布兰科4米望远镜上的暗能量相机遗产调查（DECalS）、欧空局甚大望远镜（VLT）上的多单元光谱探测器（MUSE）、凯克天文台和阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）。用多种波长观察这些星系有助于科学家发现这对星系之间不仅仅是在进行合并。

"模拟结果表明，附近星系中的大部分黑洞双星群体将是不活跃的，因为它们比较常见，而不是像我们发现的那样有两个正在成长的黑洞，"尤里卡科学公司的高级研究科学家、新研究的主要作者Michael Koss说。

Koss补充说，ALMA的使用是一个游戏规则的改变，在附近的宇宙中发现两个如此接近的黑洞可以为更多的研究这一令人兴奋的现象铺平道路。ALMA的独特之处在于，它可以透过大面积的气体和尘埃柱，实现非常高的空间分辨率，看到非常接近的东西。我们的研究发现了星系合并中最接近的一对黑洞，而且因为我们知道星系合并在遥远的宇宙中更为常见，这些黑洞双星也可能比以前认为的更为常见。

这段视频显示了一幅插图和ALMA图像，两个黑洞在一起吃饭，贪婪地吞噬着碰撞所带来的灰尘、气体和其他物质。信用：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），M. Koss等人（Eureka Scientific），S. Dagnello（NRAO/AUI/NSF）

如果近距离配对的双体黑洞对确实很普遍，就像Koss和团队所假设的那样，那么对未来引力波的探测可能会有重大影响。

智利天主教大学（Universidad Católica de Chile）的天文学家、该研究的共同作者Ezequiel Treister说："在星系的中心可能有许多成长中的超大质量黑洞对，而我们至今还无法识别。如果是这样的话，在不久的将来，我们将在整个宇宙中观察到由这些天体合并引起的频繁的引力波事件。"

将ALMA数据与其他强大的望远镜如钱德拉、哈勃、欧空局甚大望远镜和凯克的多波长观测数据配对，为一个已经令人信服的故事增加了精细的细节。"每个波长都讲述了故事的不同部分。地面光学成像向我们展示了整个合并的星系，而哈勃则以高分辨率向我们展示了核区。X射线观测显示，该系统中至少有一个活跃的星系核，"Treister说。"而ALMA向我们展示了这两个不断增长、饥饿的超大质量黑洞的确切位置。所有这些数据加在一起，让我们更清楚地了解像我们自己的星系是如何变成现在这样的，以及它们将来会变成什么样。"

驱动两个超大质量黑洞合并的最重要阶段和关键物理机制的示意图，以及它们相应的代表性时间和空间尺度。资料来源：José Utreras/Ezequiel Treister，天体物理学和相关技术中心（CATA）；Michael Koss（Eureka Scientific），等人。

到目前为止，科学家大多只研究了星系合并的最早阶段。这项新的研究可能对我们了解银河系自己即将与附近的仙女座星系合并产生深远的影响。科斯说："银河-仙女座的碰撞处于非常早期的阶段，预计将在大约45亿年后发生。我们刚刚研究的是一个处于碰撞最后阶段的源头，所以我们看到的东西预示着这种合并，也让我们了解到黑洞合并和增长并最终产生引力波之间的联系。"

"这一迷人的发现显示了ALMA的力量，以及多波长天文学如何能够产生重要的结果，扩大我们对宇宙的理解，包括黑洞、活跃星系核、星系演化等等，"美国国家科学基金会国家射电天文台项目主任Joe Pesce说。"随着引力波探测器的出现，我们有机会通过结合所有这些能力进一步扩大我们的观测能力。我不认为我们能学到的东西真的有什么限制。"

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