【博科园-科学科普】几十年来天文学家已经知道超大质量黑洞(SMBHs)位于大多数大星系的中心。这些黑洞的范围从数十万到数十亿的太阳质量，对周围的物质产生强大的影响，被认为是活跃星系核(AGN)的原因。只要天文学家解了它们，就能试图了解超大质量黑洞（SMBHs）是如何形成和演变的。
双黑洞合并的概念图，图片版权：LIGO/A. Simonnet.
在最近发表的两份研究报告中，两个国际研究小组报告了在遥远星系中心5个新发现的黑洞对。这一发现可以帮助天文学家对超大质量黑洞的形成和成长过程提供新的线索，而不用提黑洞的合并是如何产生宇宙中最强的引力波的。
前4个双黑洞候选体在一项名为“高级合并AGNs中红外彩色选择作为双重AGN发现者”的研究中，由乔治梅森大学天体物理学教授Shobita Satyapal领导。这项研究在《天体物理学杂志》上发表。
光学和x射线数据在两个新黑洞对中的发现。图片版权：NASA/CXC/Univ. of Victoria/S.Ellison et al./George Mason Univ./S.Satyapal et al./SDSS
第二项研究报告了第五对双黑洞的候选，由维多利亚大学天体物理学教授Sarah Ellison领导。最近发表在《皇家天文学会月报》上，标题是“发现双活动星系核与~ 8 kpc分离”。这五对黑洞的发现是非常偶然的，因为它们是一个非常罕见的发现。
天文学家在宇宙中发现了一个巨大的黑洞。但即使我们预测它们在相互作用（合并）的过程中会迅速增长，但不断增长的双超大质量黑洞是很难找到的。
黑洞对是通过合并不同地面和太空仪器的数据发现的。这包括来自斯隆数字天空测量(SDSS)和位于亚利桑那州的地面大型双目望远镜(LBT)的光学数据，以及来自NASA钱德拉x射线天文台的广域红外探测器(WISE)和x射线数据的近红外数据。
为了他们的研究Satyapal,Ellison和他们各自的团队试图探测双星系核，这被认为是星系合并的结果。从SDSS的光学数据开始以确定似乎正在合并的星系。来自“全天空智慧”调查的数据随后被用来识别那些显示出最强大星系核的星系。
一对双黑洞例子，图片版：NASA/CXC/A.Hobart
钱德拉先进的CCD成像光谱仪(ACIS)和LBT(LBT)的数据以确定7个似乎处于领先的合并阶段的星系。埃里森领导的这项研究还依赖于在Apache Point Observatory(MaNGA)测量附近的星系所提供的光学数据，以确定新的黑洞对之一。
从组合数据中发现在7个合并星系中有5个星系承载着可能存在的双星系核，它们之间的距离小于10千帕秒(超过3万光年)。这是由WISE提供的红外数据所证明，这与快速增长的超大质量黑洞的预测一致。
此外钱德拉数据还显示出了与黑洞分离的x射线源，这也与黑洞的形成相一致。这种红外线和x射线数据还表明，超大质量黑洞被大量的尘埃和气体掩埋。这些发现是由对多个波长的数据进行排序的艰苦工作的结果：将红外与x射线跟踪结合起来是找到这些黑洞对的一种非常有效的方法。”x射线和红外辐射能够穿透这些黑洞对周围的气体和尘埃的模糊云，而钱德拉的锐利的视力需要将它们分开。
合并过程中双黑洞系统的概念图，图片版权：Bohn et al.
在这项研究之前根据x光研究证实了不到10对生长的黑洞，而这些都是偶然的。这项最新的研究发现了五个使用组合数据的黑洞对，因此很幸运也很重要。除了支持超大质量黑洞由小黑洞合并形成的假设外，这些研究还对引力波研究有重大影响。
很重要的一点是要了解超大质量的黑洞是如何形成的，这有助于预测引力波天文台的信号。随着实验的到位，这是研究合并黑洞的令人兴奋的时刻。人类也正处于探索宇宙的新时代的早期阶段。
自2016年以来激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座天文台等仪器探测到了四次引力波。然而这些探测是黑洞合并的结果。
另一方面超大质量黑洞的质量要大得多，而且可能会产生一个更大的引力波信号，因为它们会继续靠近。在几亿年后当这些配对（双黑洞）最终合并时，质量被转化成引力波所产生的能量是不可思议的。
两个黑洞合并的概念图，类似于LIGO在2017年1月4日发现的。图片版：LIGO/Caltech
目前像LIGO和处女座这样的探测器无法探测到超大质量黑洞对产生的引力波。这项工作是由像北美纳米赫兹天文台这样的阵列来完成的，它依靠高精度的毫秒脉冲星来测量引力波对时空的影响。
激光干涉仪空间天线(LISA)将是第一个专用的基于空间的引力波探测器，也有望在搜索中提供帮助。与此同时引力波研究已经从先进的LIGO和先进的处女座之间的协同努力中受益匪浅。
在未来科学家们还预计将能够通过引力波研究来研究超新星内部。这很可能揭示了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之间，我们可以期待“听到”更多宇宙的声音以及其中最强大的力量！
参考：Chandra Harvard,arXiv,MNRAS
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
