在一个距离我们 35 亿光年的星系中心，一个黑洞可能正以惊人的速度绕着另一个比它大 10 倍的黑洞急速旋转。这个可能的双黑洞系统，它们之间的距离小于我们的太阳系宽度，看起来是有史以来观测到的最接近的一对，这表明这两个黑洞可能正处于碰撞轨道上，这将释放出贯穿时空结构的涟漪，并帮助研究人员了解星系是如何合并的。
天文学家已经寻找双黑洞十多年了，这是迄今为止最有希望的一个。研究小组表示，这个假定的黑洞对，在 9 月 17 日出版的《自然》杂志中有所描述，可能是一个特定类星体（位于星系中心的一个能量极高的尘埃和太空碎片区域）的奇异行为的罪魁祸首。类星体被认为是由一个（或两个）黑洞驱动的，通常会看似随机地从明亮到昏暗地闪烁，因为它们的黑洞消耗的质量量会上升和下降。但在这种情况下，观察到了异常规律或周期性的光发射，这表明黑洞双星可能位于该类星体的中心。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
这个类星体，笨拙地标记为 PG 1302-102，以及其他 100 多个表现出异常周期性行为的类星体，是由加州理工学院的一个研究团队发现的。计算科学家马修·格雷厄姆与同事一起发表了研究结果 在今年早些时候。 PG 1302-102 从其他类星体中脱颖而出，成为最有可能在其中心拥有黑洞双星的类星体，因为它具有特别强的周期性信号。该类星体的亮度大约每五年飙升 14%，因此格雷厄姆的团队怀疑黑洞双星是罪魁祸首。
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哥伦比亚大学的一个团队对加州理工学院团队的发现很感兴趣，他们确定了黑洞双星是如何引起这种亮度峰值的。“一旦你发现这种周期性行为，你就可以查看其他证据，并尝试确定一个模型，说明双星是如何引起光线变化的，”天文学研究生丹尼尔·D'奥拉齐奥说，他是最新论文的主要作者。他们提出了一个黑洞围绕一个极其巨大的黑洞运行的配对模型。由于其中一个黑洞明显较小，并且它们靠得如此之近地运行，因此较小的黑洞以估计光速的 7%（非常快的速度）绕其较大的伴星旋转。
多普勒射束，即接近光速运动的物质的亮度会根据其位置而发生变化的过程，解释了类星体的周期性。这种现象在视觉上等同于警报器在朝观察者方向驶来时声音似乎更高更响，而在远离时声音更低更柔和。当围绕较小黑洞旋转的气体发出的光指向地球方向时，就像灯塔光束一样，类星体的亮峰就会出现。
尽管还有其他近轨道黑洞双星候选者，例如名称更冗长的 PSO J334.2028+01.4075，但对于这个新候选者，多普勒射束的解释使它更具说服力。格雷厄姆表示，如果这只是一个超大质量黑洞，“你就不会看到这种效应”。该团队还使用他们的模型来预测类星体发出的紫外线将如何变化，然后将他们的结果与 20 年的数据进行了对比。他们的模型预测非常准确。
小间隔的黑洞双星系统可以帮助研究人员了解当如此巨大的物体最终碰撞在一起时会发生什么。黑洞碰撞是宇宙引力波的主要来源之一，引力波是广义相对论预测但从未被直接观测到的时空涟漪。
了解这些碰撞也将帮助研究人员确定他们未来应该期望看到多少双星。“如果轨道侵蚀得非常快，我们预计只有极少数情况下才能找到仍然是双星但尚未合并的双星，”哥伦比亚论文的作者之一天文学家佐尔坦·海曼说。“如果它们侵蚀缓慢，我们预计会发现很多。”
目前，黑洞双星并不是类星体 PG 1302-102 异常行为的唯一解释。其他可能的原因包括黑洞周围物质盘的扭曲、所谓的吸积盘中的热点，或者尽管如此，仍类似于正弦波的周期性信号的随机噪声。“我认为每个人都认同的一个确凿证据是引力波观测，”美国宇航局的理论天体物理学家杰里米·施尼特曼说，他与这项研究无关。他也对黑洞双星行为进行建模。“那将真正成为你唯一知道某个东西是黑洞双星的方法，”他补充道。
然而，任何观测该系统引力波的努力都需要几年后才能出现的设备。目前的探测器不够灵敏，无法捕捉到黑洞如果缓慢螺旋式走向碰撞时会发出的微弱波。然而，在五到十年内，灵敏到足以捕捉到 PG 1302-102 可能的引力波以及来自许多类似潜在系统的波的设备可能会出现。也许到那时，黑洞双星最终会迎来它们的日子。