天文学家正在倒计时等黑洞整合

天文学家正在观察天空,等着好戏上演。距离地球12亿光年的星系,一对黑洞可能正在舞动庞大的引力探戈,相互拉据直到它们整合成一个超大质量黑洞,这可能随时发生,短则100天,甚至可能3年后才发生。

目前我们见到的黑洞整合几乎都是发生时观测到重力波现象,再借由反推得出整合天体是双黑洞、中子星与黑洞,甚至中子星双星,如果这场整合预测成真,将是天文学家第一次目睹事件,为黑洞如何增长到超大质量提供重要线索,目前研究人员在网站arXiv上传的研究详述诱人的预测。

加拿大滑铁卢市圆周理论物理研究所Huan Yang(杨欢,音译)和中国科学技术大学Ning Jiang(姜宁,音译)研究,借由分析加州史维基瞬变设施(ZTF)的观测数据,注意到来自遥远星系的光度变化,并将信号解释为来自一对黑洞,自此情况变得更有趣。

两个黑洞距离越来越近,3年内从相距1光年(约9.5万亿公里)变成相距1光月(约8,000亿公里)。正常情况下会想象双黑洞的距离仍然很大,所以观测期间,互绕周期应不会有太大改变,但情况似乎并非如此,两天体正以前所没有的方式产生迅速变化。如果这种模式持续,这组双黑洞彼此距离很快就会像太阳和冥王星的距离一样“近”(约60亿公里),最终整合。

研究团队分析后认为两个黑洞整合可能最短100天内就会发生,也有可能3年内,为了预测发生时间,还需要进行后续观察。剑桥大学天文研究所教授安德鲁·法比安(Andrew Fabian)正在准备,预定NASA核光谱望远镜数组(NuSTAR)的观测时间,尽管他并不知道会发现什么。

目前该星系环境有相当多星际介质,但当双黑洞接近时,轨道剧烈变化可能会导致大量气体被甩出,甩出方向可能会让我们所处的观测位置有截然不同状况。若是气体甩向与我们视线平行,就会变模糊,垂直会更清楚。天文学家曾预测黑洞整合,但从未实际目睹,关于黑洞,科学家只知道质量庞大,但仍不晓得如何增长到目前程度。黑洞以周围物质为食,这确实增加黑洞体积及质量,但仅凭这点可能还不足以解释这些庞然大物成因,因它们约是太阳质量200亿倍。

黑洞增长到巨大尺寸的另一种方式是与其他黑洞整合,科学家认为,黑洞潜伏在每个星系中心,当星系整合时,因黑洞之间引力相互牵制,会被困在中间。如果科学家能观察两个黑洞如何整合,围绕这些宇宙巨兽的许多谜团将能解开。