大多数星系的中心都潜伏着一个超大质量黑洞，但一个距离我们 105 亿光年的星系看起来可能有两个——而且这对黑洞可能将在短短 21 年内撞击合并。如果观测得到证实，这对双黑洞将是已知最接近的联星黑洞，它们即将发生的碰撞将为科学家提供一个前所未有的机会来观察极端物理现象的发生。[视频：当黑洞碰撞时]
潜在的黑洞是无法直接瞥见的。除了是黑色的——也就是说，不可见的——它们离地球太远，彼此之间又太近，以至于无法用望远镜分辨出来。但是科学家们发现了他们认为是这对巨兽一起环绕的明显迹象。这些明显的黑洞位于所谓的类星体中——一个星系，当质量被中心巨大的黑洞吞噬时，它会释放出大量光芒。来自大多数类星体的光会随机闪烁，因为或多或少有质量落入其中。但如果核心中有两个黑洞，而不是一个，它们的轨道运动将以有序的方式扰动它们周围的气体，导致光线周期性地升高和降低。
马里兰大学帕克分校的研究生刘婷婷分析了来自 316 个类星体的光，这些光由 Pan-STARRS 1（全景巡天望远镜和快速反应系统）中深巡天观测到，这是位于夏威夷哈雷阿卡拉山的 Pan-STARRS1 望远镜进行的sky扫描。她寻找光中的周期性模式，结果发现一个名字拗口的类星体 PSO J334.2028+01.4075 具有复发信号的最佳证据。那里的黑洞或多个黑洞的估计总质量在太阳质量的 30 亿到 300 亿倍之间。“我们提出的这个候选天体处于如此紧凑的分离状态，以至于它们实际上正处于合并过程中，”刘婷婷研究小组的负责人，一篇宣布他们发现成果的论文的合著者 Suvi Gezari 说，该论文已被接受在The Astrophysical Journal Letters上发表。事实上，对于黑洞本身来说，即将到来的撞击似乎会更快发生。在它们的参考系中，它们预计将在短短七年内聚合。由于宇宙膨胀导致的一种称为宇宙时间膨胀的现象，从我们在地球上的角度来看，碰撞似乎将在 21 年后发生。“这是一个幸运的发现，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的理论天体物理学家 Stuart Shapiro 说，他没有参与这项研究。“我们不知道还有哪个候选天体像它这样接近[合并]。”但是，他补充说，“我对此持保留态度，即使它没有成功，可能还有更多类似的发现即将出现。”
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
天文学家预计，随着 Pan-STARRS1 和其他类似巡天项目的兴起，他们将发现更多的双黑洞，这些项目可以长期监测此类系统并寻找周期性的光线变化。Shapiro 使用计算机模拟来预测巨型黑洞融合时会发生什么。能够在太空中观察到一个黑洞将为他和其理论家提供对其计算的宝贵现实检验。“当两个黑洞足够接近时，我们认为它们会突然冲到一起并合并，”Shapiro 说。“这种冲入和合并将产生引力波爆发，然后随着合并后的残余物像铃铛一样衰减，爆发将会减弱一段时间。”类似铃铛的振动应该会发出引力波的螺旋波，这些波纹会拉伸和收缩时空结构。
这种波纹可以被所谓的脉冲星计时阵列检测到，这些阵列使用称为脉冲星的自转恒星作为天然时钟，以寻找来自引力波的扰动。脉冲星非常有规律地自转，并像灯塔光束一样扫出光束。如果引力波穿过太空，它们的光可能会偏离时间表。通过比较宇宙中许多脉冲星的计时，天文学家可以确定引力波来自何时何地。“目前我们实际上没有灵敏度来检测这个系统 [PSO J334.2028+01.4075]，但我们正在通过各种调查发现越来越多的此类系统，因此这可能是冰山一角，”威斯康星大学密尔沃基分校的 Xavier Siemens 说，他领导着北美纳赫兹引力波天文台 (NANOGrav) 脉冲星计时阵列项目。“这个系统有可能我们可以用下一代射电望远镜检测到，”他补充说，“例如平方公里阵列”，该阵列计划于 2025 年左右在南非和澳大利亚启动。
PSO J334.2028+01.4075 是否真的是一个双黑洞仍然是一个悬而未决的问题。加州理工学院的天文学家 George Djorgovski 最近发现了另一个候选双黑洞类星体，但他对此并不信服。“我对他们的分析和说法持怀疑态度，”他说。Pan-STARRS1 巡天项目仅在少数情况下观测到所讨论的系统，因此光线的明显变化可能只是偶然，他警告说。此外，在如此小的初始样本量（316 个类星体）中找到如此罕见事件的可能性很低。“像他们声称的那样，捕捉到如此接近的一对——它们将在几年内合并——的可能性可能远小于百万分之一，”他补充说。“刘等人必须非常非常幸运。”
天文学家应该不必等待太久就能找到答案。刘和她的合作者计算出类星体的光线以大约 542 天的规律周期波动，这意味着即将到来的数据应该很快就会证实或否定这种模式。“在未来测试这种周期性波动的持久性是一件非常容易的事情，”Gezari 说。“而且如果存在两个开始相互旋进的黑洞，那么它们的周期应该会越来越小。我们实际上可以寻找这种随时间变化的变化。”如果这种模式成立，天文学家可能真的会获得自然界最极端事件之一的前排座位。