罕見！科學家首次發現兩個遙遠黑洞碰撞產生奇怪閃光

圖片來源：Caltech/R. Hurt (IPAC)

在距離地球75億光年的地方，兩個大小與長島相當的黑洞每秒互相快速旋轉幾次，然後在劇烈的爆炸中碰撞在一起，在宇宙中產生沖擊波。正常情況下，像這樣的劇烈結合是屬於黑暗的，但是天文學家認為他們看到了從這個天體舞蹈中出現的耀斑——這可能是第一次看到來自黑洞合併的光。

這些密度極高的天體質量巨大，沒有任何東西能逃脫它們的引力——甚至光也不能。因此，按道理來說，黑洞應該不會產生閃光，應一如它的名字。

即使它們互相撞擊，天文學家的傳統儀器也無法觀測到這些巨大的天體。但是，在科學家去年探測到黑洞碰撞時，他們卻發現了碰撞產生的奇怪閃光。

2019年5月21日，地球的引力波探測器捕捉到一對大質量物體碰撞的信號，在時空中產生漣漪。後來，一個名為Zwicky Transient Facility (ZTF)的天文臺捕捉到了一束強光。

當科學家們觀察這兩個信號時，意識到它們都來自同一塊天空，研究人員開始懷疑他們是否發現了罕見的可見黑洞碰撞。

根據發表在《物理評論快報》雜誌上的一項新研究，黑洞可能只是在正確的時間出現在了正確的地點。當它們一起旋轉時，它們位於一個巨大的氣體和塵埃盤內。這個物質盤跨越數光年，實際上環繞著第三個黑洞——一個位於星系中心的超大質量黑洞。

由於相互爭鬥的黑洞在這個充滿塵埃的環境中，它們的旋轉和最終的合併產生了類似於沖擊波的東西，撞擊到周圍的塵埃和氣體中。這加熱了附近的物質，使其發出比平時更亮的光，從而使地球上的研究人員能夠發現它。

「這一發現非常令人興奮。」美國NASA加州噴氣推進實驗室的天體物理學家丹尼爾·斯特恩(Daniel Stern)在一份NASA聲明中說。「關於這兩個正在合併的黑洞，我們可以了解很多，基於它們無意中產生的信號，我們可以了解它們所處的環境。」

於是，科學家們紛紛猜測在這個奇怪案例中的情況。兩個合併的黑洞被鎖定在一個類星體周圍的圓盤中，這是一個超大質量的黑洞，會釋放出大量的能量。

加州理工學院的天文學家、ZTF的項目科學家馬修·格雷厄姆(Matthew Graham)在一份大學聲明中說:「在這次更突然的耀斑爆發之前，這個超大質量黑洞已經咕咕咕咕多年了。」

他的同事表示，這本身並不奇怪。「像這樣的超大質量黑洞一直都有耀斑，」合著者、加州理工學院的天文學家Mansi Kasliwal在聲明中說，「它們不是安靜的物體，但這次耀斑爆發的時間、規模和地點都非常壯觀。」

根據引力波和光的配對，科學家懷疑耀斑是由兩個在超大質量黑洞的吸積盤內合併的小黑洞產生的。超大質量黑洞難以置信的強大引力會影響到盤內較小的物質，甚至其他黑洞。

合著者、紐約城市大學研究生中心、曼哈頓社區學院和美國自然歷史博物館的K. E. Saavik Ford在聲明中說：「這些物體就像憤怒的蜜蜂一樣圍繞在中心巨大的蜂後周圍。」「它們能在短時間內找到引力伴侶並成雙成對，通常在瘋狂的舞蹈中很快就會失去伴侶。但在超大質量黑洞的圓盤中，流動的氣體將蜂群的狂舞變成了經典的小步舞曲，將黑洞組織起來，使它們配對。」

科學家們認為，這種閃光並不是來自於合併本身。相反，合併的力量將現在稍大一點的黑洞發射出去，穿過超大質量黑洞吸積盤中環繞它的氣體。根據該聲明的理論，這些氣體會在幾天或幾周後產生耀斑。在這次事件中，科學家在引力波信號發出34天後探測到耀斑。

不過，研究人員還說，這並不能保證這個解釋與實際情況相符。

「耀斑發生在正確的時間尺度，在正確的位置，與引力波事件一致。」格雷厄姆說，「我們得出結論，耀斑很可能是黑洞合併的結果，但我們不能完全排除其它可能性。」

這一發現也給天文學家提供了另一條關於遙遠星系形成的線索。這告訴他們，在超大質量黑洞周圍的盤狀物中，可能有一些奇怪的物體在做著奇怪的事情。「這不僅僅是一個巨大的氣體盤墜入一個超大質量的黑洞。」 格雷厄姆說，「這裡的恒星和黑洞也在活動。」

此外，這種巨大氣體盤內黑洞的奇異舞蹈可能是我們能真正「看到」黑洞在深空合併的唯一門路。「實際上，我們現在已經有了這個探測器，來自電磁信號和引力波——兩者都提供了資訊。」 Ford說，「這是一種全新的、完全不同的工具，可以用來研究星系是如何形成的。」

這一研究結果於6月26日發表在《物理評論快報》上。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

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