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多个黑洞能合并在一起:最终组成新的星系系统!

2019

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阿刚

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  科学家在遥远的宇宙中发现了一个罕见的景象,三个超大质量黑洞以相当近的距离聚在一起,看起来即将合并。

  这项新研究报告称,这三个超大质量黑洞位于距离地球约10亿光年的SDSS J084905.51+111447.2星系系统中。“我们当时只是在寻找成对的黑洞,然而,通过筛选技术,我们偶然发现了这个惊人的系统,”研究第一作者、美国弗吉尼亚州乔治梅森大学的瑞安•普费弗尔(Ryan Pfeifle)在一份声明中说,“这是迄今为止发现的最有力的证据,证实了这种三黑洞系统的存在,而且这些超大质量黑洞都十分活跃。”

  多个望远镜捕捉到的SDSS J084905.51+111447.2星系系统的图像。这是一个由三个合并的星系组成的系统,距离地球约10亿光年。一项新的研究报告称,该星系中有三个正处于碰撞过程中的超大质量黑洞

  取得这一重大发现并不容易。研究人员利用多种仪器进行观测,并得到了许多民间科学家的帮助。发现历程始于美国新墨西哥州的斯隆数字化巡天(SDSS)望远镜,它在光学条件下拍摄了SDSS J084905.51+111447.2的图像。利用这些图像,公民科学项目“星系动物园”(Galaxy Zoo)的志愿者们将该系统标记为一个正在进行的星系合并事件。

  接下来,研究人员分析了美国国家航空航天局的广域红外线巡天探测卫星(WISE)收集的数据。结果显示,WISE探测到该星系系统发射出大量的红外光,预示着其正处于合并阶段。据估计,其中不止一个超大质量黑洞将迅速地吸积物质。

  X射线和光学观测进一步观察证实了这一点。美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台在该合并系统的每个中心附近,都探测到强X射线源,表明那里正在消耗大量的气体和尘埃——这是黑洞“进食”的迹象。

  美国国家航空航天局的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)也发现了有气体和尘埃环绕其中一个超大质量黑洞的证据。斯隆数字化巡天望远镜和亚利桑那州的大双筒望远镜(LBT)收集的光学数据也进一步证实了这三个黑洞都处于活跃状态。

  “通过使用这些大型天文台,我们发现了一种新的方法来识别三个超大质量黑洞组成的系统,”普费弗尔说,“每一个望远镜都给我们提供了关于这些系统的不同线索。我们希望扩展这方面的工作,用同样的技术找到更多的三黑洞系统。”

  研究人员称,每个超大质量黑洞到它最近的邻居之间的距离从1万光年到3万光年不等,但它们之间的距离会不断缩小。很显然,这些黑洞注定要合并,因为它们的母星系就正处于合并过程中。

  天文学家已经对黑洞如何碰撞有了一定的了解。毕竟,激光干涉仪引力波观测台(LIGO)已经探测到了许多黑洞合并事件产生的引力波。但研究人员表示,一个三黑洞系统的工作原理可能与传统的双黑洞合并系统略有不同。举例来说,当两个超大质量黑洞附近存在第三个超大质量黑洞时,它们的合并速度可能会变得更快。

  这项或许可以为‘最终秒差距问题’的解决提供线索。所谓最终秒差距问题,是指两个相距仅数光年的超大质量黑洞如果要相互靠近,就需要一些额外的拉力,使其向内合并。第三个超大质量黑洞的影响,就像SDSS J0849+1114,可能最终会使这三个黑洞合并在一起。

  需要说明的是,LIGO和欧洲的室女座干涉仪(Virgo)项目都无法探测到超大质量黑洞合并产生的引力波,因为其中所涉及的频率不在LIGO和Virgo的探测范围内。这两个引力波探测装置只能探测到是由更小的恒星质量黑洞合并产生的引力波。这项新研究发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。

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