“一个星系“怀抱”两个大黑洞 是种怎样的体验？该研究成果已发表在《天体物理学》期刊上”

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大部分星系的中心都有巨大的质量黑洞，它的质量是大约几百万倍到几十亿倍的太阳质量。

根据现有的观测数据，各星系中心有超大质量黑洞，几乎没有例外。 有些人吞噬物质，有些人活泼异常，有些人停止“吃饭”安静地睡觉。

但是，最近的研究发现，银河中心可能存在两个超大质量黑洞。

最近，一个国际研究小组发现11个活跃星系周期性伽马射线暴发，其中2个是已知源，9个是新源。 研究人员认为这种现象的原因可能有几个，其中之一是这些星系的中心存在两个超大质量黑洞。

这项研究成果已经发表在《天体物理学》杂志上。

周期性变化的信号和重要特征

弄清伽马射线信号的周期性模式，就像发现小船在暴风雨的海洋中驶过引起的微小而有规律的波浪一样。

众所周知，黑洞重力巨大，光也逃不出它的“魔爪”。 银河中心隐藏的超大质量黑洞是怎么发现的？

事实上，黑洞处于活跃的“吃饭”状态时，其附近的物质在被吞噬的过程中相互摩擦释放能量，形成明亮的吸积盘。 一些物质在“被吃掉”之前向旋转轴方向喷射高能粒子，有可能产生喷流。

科学家通过观测吸积盘和喷流发出的电磁波信号，发现了隐藏在银河中心的黑洞。 “一般来说，科学家可以通过光学波段的电磁信号观测黑洞的吸积盘，但喷流的大部分能量以伽马射线、x射线、电波辐射的形式发射。 ”。 中国科学院国家天文台研究员陆由俊在接受科技日报记者采访时做了以下发言。

此次研究利用美国国家航空航天局( nasa )费米太空望远镜9年来的伽马射线观测数据，系统整理了2000多个星系中心活跃的黑洞信号，最终具有11个周期的变化规律。

“揭示伽马射线信号的周期性模式，就像在暴风雨的海洋中发现小船驶过带来的微小而规则的波浪”文案第一作者、西班牙马德里大学的佩雷阿博士，这个研究结果支持了银河中心存在两个超大质量黑洞的观点

银河中心双黑洞为什么有可能引起周期性的伽马射线信号？ 陆由俊表示，可以从以下两个方面理解。

另一方面，如果双黑洞相互扰动，喷流的亮度将周期性变化。 如果银河中心存在两个相互旋转的超大质量黑洞，两者周围的吸积盘也会周期性“旋转”，落入黑洞的物质质量也会存在周期性变化的规律，从而影响黑洞发射的射流的亮度，望远镜接收周期性伽马射线信号。

另一方面，当双黑洞环绕时，喷流的喷射方向也周期性地变化。 就像地球有公转和自转一样，在两个黑洞模型中，存在着各个黑洞围绕不同的黑洞旋转的轨道角动量和自身旋转的自转角动量。 一般来说，轨道角动量和自转角动量各不相同，两者结合，自转角动量随轨道角动量的扰动而周期性变化，喷流的方向也随之变化。 请想象一下。 本来单一黑洞的喷流方向是固定的，但由于其他黑洞的扰动，本来方向固定的喷流以黑洞为中心前后摆动。 因为地球上的望远镜总是处于观测目标所在的特定方向，所以我们接收到的伽马射线信号有时强有时弱，是有规律的。

“除伽马射线外，此前也有学者通过整理吸积盘发射的光学波段信号，将周期性的光变作为双黑洞存在的观测依据。 ”。 陆由俊说。

当然，观测信号周期性变化的原因不仅仅是双黑洞，单个黑洞的吸积盘和喷流的进入、黑洞吸积盘自身的准周期振动等也有可能带来同样的周期性观测结果。

即使早有推测，也缺乏观测的“实锤”

双黑洞以较高的角速度相互旋转，“踢出”接近的恒星，因此银河中心的恒星密度变低

其实，这并不是天文学家第一次提到双黑洞模型的观点。 几十年前有学者提出银河中心存在超大质量双黑洞的理论推测，但在实际观测中未能找到“实锤”。

“学术界主流观点认为，两个星系碰撞或合并后，星系中心可能形成巨大质量的双黑洞系统。 ”。 陆由俊说。

天文学家此前多次观测到两个星系的碰撞和融合，表明这种现象并不罕见，在宇宙初期发生的频率也变高。 例如，此前的《自然》杂志上发表了研究成果，研究人员没有一次重复发现多个银河合并的例子，银河中心黑洞也相互接近。 虽然目前还没有形成真正意义上的单银河双黑洞系统，但经过未来长期的演化，最终将形成双黑洞。

如果银河中心真的存在巨大质量的双黑洞，会对银河产生什么样的影响？

陆由俊告诉科技日报记者，双黑洞角速度高，相互旋转，“踢掉”接近的恒星，银河中心的恒星密度变低。 在观测方面，上述相关电磁信号也发生周期性变化，其频谱各频带的能量配比和射线轮廓变化也与单黑洞星系不同。

他进一步指出，如果想证实星系中心双黑洞的理论推断，最“简单粗暴”的做法就是通过天文观测，发现单一星系中心存在两个明核，即两个黑洞，分别伴随着吸积盘、射流等典型的黑洞特征图像。

另一方面，学术界估计银河中心超大质量双黑洞在相互接近、合并的过程中会发射强引力波。 年，天文学家首次检测到来自恒星级双黑洞合并的引力波信号。 当然，如果是银河中心的超大质量黑洞，其接近、合并过程中释放出的引力波能量比此前观测到的恒星级质量双黑洞的引力波要高，但频率要低。 我国计划建设的空间引力波探测设备，首要目标之一是探测银河中心的大质量双黑洞。

“遗憾的是，迄今为止没有发现任何人都能接受的银河中心超大质量双黑洞的例子，”陆由俊说。

你还需要“擦亮眼睛”。

接着，继续探索其背后星系的形成、演化，以及双黑洞系统的特征、合并等现象的相关机制

在科学技术飞速发展的今天，为什么找不到银河中心存在两个黑洞的“实锤”？

陆由俊先生首先指出，这是因为望远镜的分辨率还不够高。 一种可能性是，目前我们在附近宇宙观测的星系中心确实存在超大质量双黑洞，但受限于望远镜的分辨率，只出现一个明核，被误认为是单一黑洞星系。 所以我们需要更敏锐明亮的天文观测“眼睛”。

其次，人类天文观测的时间尺度远远不够。 自从天文学家伽利略用其制作的折射式望远镜将天文学带入望远镜时代以来，现代天文观测的历史最多只有几百年。 对人类来说，这可能非常长，但在浩瀚宇宙的长河中，一百多年就像一个弹指。 “我们可能错过了宇宙中许多‘美好的瞬间’。 因为这个星系中心的双黑洞证据可能需要未来长期等待和探索，比如检测大质量双黑洞合并发射的低频引力波。 ”。 陆由俊说。

但是，即使我们很幸运，这个推测也能在不久的将来得到证实。 这不是终点，而是起点。

“了解双黑洞与其周围环境的关系，对构建银河形成、演化的完整图景至关重要。 ”。 撰稿人、美国克里姆森大学物理天文学系副教授马可·阿杰罗说。

陆由俊也指出，即使确定发现了银河中心双黑洞的证据，也有必要继续探索其背后星系的形成、演化、双黑洞系统的特征、合并等现象的相关机制。

“届时，将电磁波理论与引力波理论结合起来，共同探索黑洞的本质，可以挖掘越来越多的关于时空的新闻，加深对宇宙本质的理解。 ”。 陆由俊说。 (实习记者 在紫月)