在距离地球8亿光年外，有两个超大质量黑洞，相互间只保持着300光年的距离旋转着，就好像两个摔跤运动员在试探着对方的破绽。这是迄今天文学家发现离得最近的超大质量黑洞。
双超大质量黑洞（活动星系核）的艺术想象画 | 图源：NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
这一幕是被“哈勃”空间望远镜和“钱德拉”X射线天文台捕捉到的。它们身处一对正在碰撞的星系中（编号为MCG-03-34-64），源源不断流入黑洞的气体和尘埃为它们提供了燃料，使它们像活动星系核（AGN）一样明亮地发光。宇宙空间极为广袤，两颗恒星很难碰撞，像太阳这样的恒星与邻居恒星发生碰撞的概率仅为一千万分之一。而星系则不然，例如银河系和仙女座星系，相距约250万光年，这种距离下它们碰撞的概率只有1/20，事实上这两个星系正在碰撞的历史进程中。科学家们认为，在宇宙的早期，这种碰撞更为频繁。
哈勃空间望远镜观测到的星系MCG-03-34-064的可见光图像 | 图源：NASA, ESA, Anna Trindade Falcão (CfA), Joseph DePasquale (STScI)
此前天文学家已经发现了几十个双超大质量黑洞，但它们分离的程度比MCG-03-34-64中发现的要大得多。天文学家用射电望远镜找到过一对比MCG-03-34-64更接近的双黑洞，但在其他波长上没有得到证实。而这次，一个偶然的机会，天文学家在哈勃望远镜的高分辨率照片中发现嵌套在宿主星系中的三个光学衍射峰，这表明在一个非常小的区域内有大量的电离氧。这种现象在其附近宇宙中并不常见，星系内一定还有别的东西。
哈勃望远镜在可见光波段观测到的三个光斑 | 图源：Anna Trindade Falcão et al. 2024
钱德拉望远镜在X射线波段观测到的两个尖峰 | 图源：Anna Trindade Falcão et al. 2024
然后，另外一组团队利用“钱德拉”在X射线下对同一星系进行了研究，结果看到了两个分离的、强大的高能发射源，与“哈勃”所看到的明亮光斑一致！X射线往往由高温所致，超大质量黑洞在吞噬物质的时候，吸积盘上就会释放出X射线。为了验证这一推测，研究人员还使用了位于美国新墨西哥州的央斯基甚大阵（Karl G. Jansky Very Large Array）的射电波段观测数据，同样看到了比较明显的两个峰。由此可以得出结论，我们很可能观察到两个距离很近的超大质量黑洞。
甚大阵（VLA）在对应位置发现两个尖峰 | 图源：Anna Trindade Falcão et al. 2024
至于“哈勃”望远镜观测到的第三个明亮的点是何来源，目前仍然存疑，还需要更多的数据来解释。研究人员认为这可能某种气体，受到来自其中一个黑洞的超高速等离子射流（stream）的冲击。
天文学家推测，这两个超大质量黑洞曾经都位于各自主星系的核心。当这两个星系开始合并，两个黑洞就相互靠近了。在相当长的一段时间中，它们盘旋在一起。现在，彼此间只剩300光年了——这对星系尺度而言已经是相当近了。未来，它们还将继续接近，直到最终相撞并合——也许是在一亿年后——以引力波的形式扰动时空。现在，我们还没有探测这种级别引力波的能力。中国、欧洲都在研制空间引力波探测项目，10年后，或许我们就可以验证两个超大质量黑洞的时空之舞了。
参考资料
[1] Anna Trindade Falcão et al. 2024 ApJ, 972: 185.
[2] https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-chandra-find-supermassive-black-hole-duo/
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