人类习以为常的月落日出、冬去春来,是因为太阳、地球、月亮在彼此的万有引力作用下相互拉扯,并产生旋转。宇宙中的天体其实都喜欢“成双结对”,比如有大约一半的恒星就处于双星系统,即两颗恒星在引力的作用下绕着彼此公转,而那些致密的天体——白矮星、中子星甚至黑洞也是如此。因此,存在相互旋转的“双黑洞”并不奇怪,但目前有关双黑洞存在的证据十分稀少模糊,且存在争议。
近日,由中国科学院国家天文台、北京大学与美国奥克拉荷马大学(University of Oklahoma)的研究人员组成的团队利用美国太空总署(NASA)的哈勃(Hubble)太空望远镜,观测了离地球最近且拥有类星体的星系 Markarian 231的核心紫外辐射,发现该类星体中隐藏着超大质量双黑洞。这项研究成果已经发表在国际权威期刊《天体物理杂志》(The Astrophysical Journal)上。
如果在该类星体中心只存在一个黑洞,那么由其附近炽热气体形成的吸积盘就会发射大量的紫外射线。但我们发现,观测显示来自盘中心的紫外辐射骤然减弱,这说明吸积盘中心可能是由两个相互绕转的超大质量黑洞构成,它们与吸积盘的相互作用会将吸积盘内区物质扫除殆尽,那么紫外辐射就会骤然减弱。
类星体是“类似恒星天体”的简称,是宇宙中能量最高的活动星系核,也是人类能直接观测到的最远天体。天文观测表明,绝大多数星系中心都存在超大质量黑洞。在冷暗物质宇宙学模型下,大质量星系是由小质量星系合并而成,星系合并的过程中就会不可避免地产生超大质量双黑洞。
本次发现的 Markarian 231中心主黑洞质量约为1.5亿个太阳质量,绕主黑洞旋转的次黑洞质量则有400万个太阳质量,它们的轨道旋转周期为1.2年。该星系的恒星形成率为我们银河系的100倍,而双黑洞的共同旋转会发射引力波及损失能量,最终会在几十万年后发生碰撞。
参与本次研究的陆由俊表示,研究团队采用的新方法为人类寻找、确认更多双黑洞系统指出了新的方向,“对理解星系和类星体的形成演化,以及进一步研究引力波和基本引力理论都具有重要意义”。