人類習以為常的月落日出、冬去春來,是因為太陽、地球、月亮在彼此的萬有引力作用下相互拉扯,並產生旋轉。宇宙中的天體其實都喜歡「成雙結對」,比如有大約一半的恆星就處於雙星系統,即兩顆恆星在引力的作用下繞着彼此公轉,而那些緻密的天體——白矮星、中子星甚至黑洞也是如此。因此,存在相互旋轉的「雙黑洞」並不奇怪,但目前有關雙黑洞存在的證據十分稀少模糊,且存在爭議。
近日,由中國科學院國家天文台、北京大學與美國奧克拉荷馬大學(University of Oklahoma)的研究人員組成的團隊利用美國太空總署(NASA)的哈勃(Hubble)太空望遠鏡,觀測了離地球最近且擁有類星體的星系 Markarian 231的核心紫外輻射,發現該類星體中隱藏着超大質量雙黑洞。這項研究成果已經發表在國際權威期刊《天體物理雜誌》(The Astrophysical Journal)上。
如果在該類星體中心只存在一個黑洞,那麼由其附近熾熱氣體形成的吸積盤就會發射大量的紫外射線。但我們發現,觀測顯示來自盤中心的紫外輻射驟然減弱,這説明吸積盤中心可能是由兩個相互繞轉的超大質量黑洞構成,它們與吸積盤的相互作用會將吸積盤內區物質掃除殆盡,那麼紫外輻射就會驟然減弱。
類星體是「類似恆星天體」的簡稱,是宇宙中能量最高的活動星系核,也是人類能直接觀測到的最遠天體。天文觀測表明,絕大多數星系中心都存在超大質量黑洞。在冷暗物質宇宙學模型下,大質量星系是由小質量星系合併而成,星系合併的過程中就會不可避免地產生超大質量雙黑洞。
本次發現的 Markarian 231中心主黑洞質量約為1.5億個太陽質量,繞主黑洞旋轉的次黑洞質量則有400萬個太陽質量,它們的軌道旋轉週期為1.2年。該星系的恆星形成率為我們銀河系的100倍,而雙黑洞的共同旋轉會發射引力波及損失能量,最終會在幾十萬年後發生碰撞。
參與本次研究的陸由俊表示,研究團隊採用的新方法為人類尋找、確認更多雙黑洞系統指出了新的方向,「對理解星系和類星體的形成演化,以及進一步研究引力波和基本引力理論都具有重要意義」。