罕见！科学家首次发现两个遥远黑洞碰撞产生奇怪闪光

图片来源：Caltech/R. Hurt (IPAC)

在距离地球75亿光年的地方，两个大小与长岛相当的黑洞每秒互相快速旋转几次，然后在剧烈的爆炸中碰撞在一起，在宇宙中产生冲击波。正常情况下，像这样的剧烈结合是属于黑暗的，但是天文学家认为他们看到了从这个天体舞蹈中出现的耀斑——这可能是第一次看到来自黑洞合并的光。

这些密度极高的天体质量巨大，没有任何东西能逃脱它们的引力——甚至光也不能。因此，按道理来说，黑洞应该不会产生闪光，应一如它的名字。

即使它们互相撞击，天文学家的传统仪器也无法观测到这些巨大的天体。但是，在科学家去年探测到黑洞碰撞时，他们却发现了碰撞产生的奇怪闪光。

2019年5月21日，地球的引力波探测器捕捉到一对大质量物体碰撞的信号，在时空中产生涟漪。后来，一个名为Zwicky Transient Facility (ZTF)的天文台捕捉到了一束强光。

当科学家们观察这两个信号时，意识到它们都来自同一块天空，研究人员开始怀疑他们是否发现了罕见的可见黑洞碰撞。 

根据发表在《物理评论快报》杂志上的一项新研究，黑洞可能只是在正确的时间出现在了正确的地点。当它们一起旋转时，它们位于一个巨大的气体和尘埃盘内。这个物质盘跨越数光年，实际上环绕着第三个黑洞——一个位于星系中心的超大质量黑洞。

由于相互争斗的黑洞在这个充满尘埃的环境中，它们的旋转和最终的合并产生了类似于冲击波的东西，撞击到周围的尘埃和气体中。这加热了附近的物质，使其发出比平时更亮的光，从而使地球上的研究人员能够发现它。

“这一发现非常令人兴奋。”美国宇航局加州喷气推进实验室的天体物理学家丹尼尔·斯特恩(Daniel Stern)在一份NASA声明中说。“关于这两个正在合并的黑洞，我们可以了解很多，基于它们无意中产生的信号，我们可以了解它们所处的环境。”

于是，科学家们纷纷猜测在这个奇怪案例中的情况。两个合并的黑洞被锁定在一个类星体周围的圆盘中，这是一个超大质量的黑洞，会释放出大量的能量。

加州理工学院的天文学家、ZTF的项目科学家马修·格雷厄姆(Matthew Graham)在一份大学声明中说:“在这次更突然的耀斑爆发之前，这个超大质量黑洞已经咕咕咕咕多年了。”

他的同事表示，这本身并不奇怪。“像这样的超大质量黑洞一直都有耀斑，”合著者、加州理工学院的天文学家Mansi Kasliwal在声明中说，“它们不是安静的物体，但这次耀斑爆发的时间、规模和地点都非常壮观。”

根据引力波和光的配对，科学家怀疑耀斑是由两个在超大质量黑洞的吸积盘内合并的小黑洞产生的。超大质量黑洞难以置信的强大引力会影响到盘内较小的物质，甚至其他黑洞。

合著者、纽约城市大学研究生中心、曼哈顿社区学院和美国自然历史博物馆的K. E. Saavik Ford在声明中说：“这些物体就像愤怒的蜜蜂一样围绕在中心巨大的蜂后周围。”“它们能在短时间内找到引力伴侣并成双成对，通常在疯狂的舞蹈中很快就会失去伴侣。但在超大质量黑洞的圆盘中，流动的气体将蜂群的狂舞变成了经典的小步舞曲，将黑洞组织起来，使它们配对。”

科学家们认为，这种闪光并不是来自于合并本身。相反，合并的力量将现在稍大一点的黑洞发射出去，穿过超大质量黑洞吸积盘中环绕它的气体。根据该声明的理论，这些气体会在几天或几周后产生耀斑。在这次事件中，科学家在引力波信号发出34天后探测到耀斑。

不过，研究人员还说，这并不能保证这个解释与实际情况相符。

“耀斑发生在正确的时间尺度，在正确的位置，与引力波事件一致。”格雷厄姆说，“我们得出结论，耀斑很可能是黑洞合并的结果，但我们不能完全排除其它可能性。”

这一发现也给天文学家提供了另一条关于遥远星系形成的线索。这告诉他们，在超大质量黑洞周围的盘状物中，可能有一些奇怪的物体在做着奇怪的事情。“这不仅仅是一个巨大的气体盘坠入一个超大质量的黑洞。” 格雷厄姆说，“这里的恒星和黑洞也在活动。”

此外，这种巨大气体盘内黑洞的奇异舞蹈可能是我们能真正“看到”黑洞在深空合并的唯一途径。“实际上，我们现在已经有了这个探测器，来自电磁信号和引力波——两者都提供了信息。” Ford说，“这是一种全新的、完全不同的工具，可以用来研究星系是如何形成的。”

这一研究结果于6月26日发表在《物理评论快报》上。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://www.livescience.com/black-holes-collision-flash-of-light.html

https://www.theverge.com/2020/6/25/21301890/black-hole-merger-light-flare-ligo-gravitational-waves-astronomy