哈勃與錢德拉攜手揭示超大質量黑洞之謎

猶如兩名相撲選手擺開架勢準備對決，已觀測到一對距離最近且已得到確認的超大質量黑洞彼此靠得很近。它們相距約 300 光年，是使用美國國家航空航天局（NASA）的哈勃太空望遠鏡和錢德拉 X 射線天文臺發現的。這些黑洞深埋在一對相互碰撞的星系之中，因有落入的氣體和塵埃爲其提供燃料，從而作爲活動星系核（AGN）閃耀着光芒。

這對 AGN 是在本地宇宙中通過使用多波長（可見光和 X 射線）觀測到的距離最近的一對。雖然此前已經發現了幾十對“雙”黑洞，然而它們的間距通常要比在富含氣體的星系 MCG-03-34-64 中所發現的大得多。

使用射電望遠鏡的天文學家觀測到了一對雙黑洞，其距離甚至比 MCG-03-34-64 中的還要更近，不過在其他波長上尚未獲得證實。

像這樣的 AGN 雙星在早期宇宙中或許更爲常見，那時星系合併更爲頻繁。這一發現爲距離約 8 億光年的鄰近例子提供了獨特的特寫視角。

這一發現純屬偶然。哈勃的高分辨率成像顯示，在宿主星系內部嵌套着三個光學衍射尖峰，這表明在一個極小的區域內存在大量發光的氧氣。

“我們沒想到會看到這樣的東西，”馬薩諸塞州劍橋市哈佛和史密森天體物理中心的安娜·特林達德·法爾考說道，她是發表在《天體物理學雜誌》上的這篇論文的主要作者。

“這種景象在附近的宇宙中並不常見，這表明星系內部還有其他情況在發生。”

衍射尖峰是成像假象，當來自空間中很小區域的光在望遠鏡內部的鏡子周圍彎曲時就會產生。

法爾考的團隊隨後使用錢德拉天文臺用 X 射線光對同一個星系進行檢查，以探究正在發生的事情。

“當我們在 X 射線波段觀察 MCG-03-34-64 時，我們看到了兩個分離的、強大的高能發射源，與哈勃望遠鏡所看到的明亮光點相一致。我們把這些線索拼湊起來，得出結論，我們很可能看到的是兩個距離很近的超大質量黑洞，”法爾考說。

爲了支持他們的解釋，研究人員使用了來自新墨西哥州索科羅附近的卡爾·G·揚斯基甚大陣的檔案無線電數據。這對能量充沛的黑洞也會發射強大的無線電波。

“當你在光學、X 射線和無線電波長中看到明亮的光時，很多情況都可以被排除，從而得出結論，即這些只能被解釋爲距離較近的黑洞。當你把所有的線索拼湊起來，它就爲你呈現出了活動星系核雙黑洞的圖像，”法爾考說。

哈勃望遠鏡所看到的第三個明亮光源其來源不明，需要更多的數據來了解它。這可能是被其中一個黑洞發射的超高速等離子體射流的能量衝擊的氣體，就像從花園水管中噴出的水流衝擊一堆沙子。

法爾考說：“要是沒有哈勃那驚人的分辨率，我們根本就看不到所有這些錯綜複雜的情況。”

這兩個超大質量黑洞曾處在各自宿主星系的核心。星系之間的合併讓黑洞相互靠近。

它們將繼續螺旋靠近，直到最終合併——也許在 1 億年後——以引力波的形式撼動時空的結構。

美國國家科學基金會的激光干涉引力波天文臺（LIGO）已經檢測出由數十個恆星質量黑洞合併所產生的引力波。

但是超大質量黑洞合併產生的較長波長超出了 LIGO 的能力範疇。

下一代引力波探測器，稱爲 LISA（激光干涉空間天線）任務，將由太空中相隔數百萬英里的三個探測器構成，來捕捉來自深空的這些較長波長的引力波。

歐洲航天局（ESA）正在主導這項任務，與美國國家航空航天局（NASA）和其他參與機構合作，計劃於 2030 年代中期發射。