哈勃与钱德拉携手揭示超大质量黑洞之谜

犹如两名相扑选手摆开架势准备对决，已观测到一对距离最近且已得到确认的超大质量黑洞彼此靠得很近。它们相距约 300 光年，是使用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜和钱德拉 X 射线天文台发现的。这些黑洞深埋在一对相互碰撞的星系之中，因有落入的气体和尘埃为其提供燃料，从而作为活动星系核（AGN）闪耀着光芒。

这对 AGN 是在本地宇宙中通过使用多波长（可见光和 X 射线）观测到的距离最近的一对。虽然此前已经发现了几十对“双”黑洞，然而它们的间距通常要比在富含气体的星系 MCG-03-34-64 中所发现的大得多。

使用射电望远镜的天文学家观测到了一对双黑洞，其距离甚至比 MCG-03-34-64 中的还要更近，不过在其他波长上尚未获得证实。

像这样的 AGN 双星在早期宇宙中或许更为常见，那时星系合并更为频繁。这一发现为距离约 8 亿光年的邻近例子提供了独特的特写视角。

这一发现纯属偶然。哈勃的高分辨率成像显示，在宿主星系内部嵌套着三个光学衍射尖峰，这表明在一个极小的区域内存在大量发光的氧气。

“我们没想到会看到这样的东西，”马萨诸塞州剑桥市哈佛和史密森天体物理中心的安娜·特林达德·法尔考说道，她是发表在《天体物理学杂志》上的这篇论文的主要作者。

“这种景象在附近的宇宙中并不常见，这表明星系内部还有其他情况在发生。”

衍射尖峰是成像假象，当来自空间中很小区域的光在望远镜内部的镜子周围弯曲时就会产生。

法尔考的团队随后使用钱德拉天文台用 X 射线光对同一个星系进行检查，以探究正在发生的事情。

“当我们在 X 射线波段观察 MCG-03-34-64 时，我们看到了两个分离的、强大的高能发射源，与哈勃望远镜所看到的明亮光点相一致。我们把这些线索拼凑起来，得出结论，我们很可能看到的是两个距离很近的超大质量黑洞，”法尔考说。

为了支持他们的解释，研究人员使用了来自新墨西哥州索科罗附近的卡尔·G·扬斯基甚大阵的档案无线电数据。这对能量充沛的黑洞也会发射强大的无线电波。

“当你在光学、X 射线和无线电波长中看到明亮的光时，很多情况都可以被排除，从而得出结论，即这些只能被解释为距离较近的黑洞。当你把所有的线索拼凑起来，它就为你呈现出了活动星系核双黑洞的图像，”法尔考说。

哈勃望远镜所看到的第三个明亮光源其来源不明，需要更多的数据来了解它。这可能是被其中一个黑洞发射的超高速等离子体射流的能量冲击的气体，就像从花园水管中喷出的水流冲击一堆沙子。

法尔考说：“要是没有哈勃那惊人的分辨率，我们根本就看不到所有这些错综复杂的情况。”

这两个超大质量黑洞曾处在各自宿主星系的核心。星系之间的合并让黑洞相互靠近。

它们将继续螺旋靠近，直到最终合并——也许在 1 亿年后——以引力波的形式撼动时空的结构。

美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台（LIGO）已经检测出由数十个恒星质量黑洞合并所产生的引力波。

但是超大质量黑洞合并产生的较长波长超出了 LIGO 的能力范畴。

下一代引力波探测器，称为 LISA（激光干涉空间天线）任务，将由太空中相隔数百万英里的三个探测器构成，来捕捉来自深空的这些较长波长的引力波。

欧洲航天局（ESA）正在主导这项任务，与美国国家航空航天局（NASA）和其他参与机构合作，计划于 2030 年代中期发射。