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天文學家們正在倒數計時,等待黑洞合併

  • 上版日期:111-02-12

天文學家們正在觀察天空並等待著好戲上演,在一個距離地球12億光年的星系中,一對黑洞可能正在舞動一場龐大的引力探戈,相互拉据直到它們合併成一個超大質量黑洞,這可能隨時發生,短則100天,甚至也可能在3年後才發生。

目前我們所見到的黑洞合併幾乎都是發生時觀測到重力波現象,再藉由反推的方式得出合併的天體是雙黑洞、中子星與黑洞、甚至是中子星雙星,如果這場合併預測成真的話,這將是天文學家第一次有機會目睹這樣的事件,為黑洞如何成長到超大質量的尺度提供重要的線索,目前研究人員在網站arXiv上傳的一項研究中詳述了他們誘人的預測。

如圖說圖說:黑洞合併示意圖
加拿大滑鐵盧市圓周理論物理研究所的Huan Yang(楊歡,音譯)和來自中國科學技術大學的Ning Jiang(姜寧,音譯)一起做出了這份研究,藉由分析加州茲威基瞬變設施(ZTF)的觀測數據,他們注意到來自遙遠星系的光度變化的問題,並將這項訊號解釋為來自於一對雙黑洞,自此,情況也變得更加有趣。

這兩個黑洞之間的距離越來越近,在三年內從相距1光年(約9.5兆公里)變成了相距1光月(約8,000億公里)。正常情況下,你會想像雙黑洞之間的距離仍然很大,所以在觀測期間,其互繞週期應該不會有太大的改變,但情況似乎並非如此,兩天體正以前所未有的方式產生了迅速的變化。如果這種模式一直持續下去,那麼這組雙黑洞彼此之間的距離很快就會像太陽和冥王星之間的距離一樣「近」(約60億公里)而最終達成合併。

研究團隊分析後認為這兩個黑洞的合併可能最短在100天內就會發生,但也有可能是在未來的3年內,為了更好地預測發生的時間,還需要進行後續觀察。劍橋大學天文研究所教授安德魯·法比安(Andrew Fabian)正在為此做準備,他預訂了NASA核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)的觀測時間,儘管他並不知道從此事件中會發現什麼。

目前該星系環境有相當多的星際介質,但當雙黑洞彼此接近時,軌道的劇烈變化可能會導致大量氣體被甩出,甩出去的方向可能會讓我們所處的觀測位置有截然不同的狀況,若是氣體的甩向與我們的視線平行,就會變得模糊,垂直就會變得更清楚。天文學家以前曾預測過黑洞合併,但從未實際目睹過,關於黑洞,科學家們只知道它們的質量龐大,但仍不曉得它們是如何成長到目前這種程度的。黑洞以周圍的物質為食,這確實增大了黑洞的體積及質量,但僅憑這一點可能還不足以解釋這些龐然大物,它們大約是太陽質量的200億倍。

黑洞成長到巨大尺寸的另一種方式是通過與其他黑洞合併,科學家們認為,黑洞潛伏在每個星系的中心,當星系合併時,因為它們之間的引力相互牽制,黑洞就會被困在中間。如果科學家們能夠觀察到兩個黑洞之間的合併,那麼圍繞着這些宇宙巨獸的許多謎團將會被解開。(編譯/許晉翊)

資料來源:INVERSE