難以理解的奇特影像：天文學(xué)家首次拍到相互環(huán)繞的雙黑洞

噴流如澆水軟管般扭動(dòng)。

類星體OJ287中心兩個(gè)相互環(huán)繞黑洞的射電影像。最下方的亮斑是主黑洞的射電輻射位置，中間亮斑是較小黑洞射電輻射的位置，最上方的亮斑是較小黑洞的噴流位置。亮斑的狹長形態(tài)并非真實(shí)存在，而是波束形狀的反映。

一個(gè)以芬蘭圖爾庫（Turku）大學(xué)Mauri Valtonen為首的國際科研團(tuán)隊(duì)近日宣布，他們首次成功地在射電波段上拍到了一對互相環(huán)繞運(yùn)行的超大質(zhì)量黑洞，此前天文學(xué)家僅拍到過單一黑洞，即M87星系中心的黑洞和銀河系中心的黑洞。這次觀測證實(shí)了雙黑洞的存在。

這對黑洞位于一個(gè)名叫OJ287的類星體中心。類星體是極端明亮的星系核，它們的強(qiáng)光由其中心的超大質(zhì)量黑洞在吞噬周圍物質(zhì)的過程中產(chǎn)生。

OJ287的亮度極高，即便是普通天文愛好者也能用小型望遠(yuǎn)鏡看到。其特殊之處在于，通常星系中心只有一個(gè)黑洞，而它有兩個(gè)。這兩個(gè)黑洞以12個(gè)地球年為周期相互環(huán)繞運(yùn)行——這導(dǎo)致其光度會(huì)發(fā)生相同周期的變化。天文學(xué)家通過識(shí)別這種變化發(fā)現(xiàn)了它們的存在。

早在19世紀(jì)，天文學(xué)家就已經(jīng)拍到了OJ287。當(dāng)然那時(shí)人們并不知道有黑洞這種東西，也不知道有類星體。OJ287只是因?yàn)樽銐蛎髁炼慌既坏嘏倪M(jìn)了照片。

1982年，圖爾庫大學(xué)的Aimo Sillanp??注意到，OJ287的亮度會(huì)以12年為周期發(fā)生規(guī)律性的變化。進(jìn)一步研究結(jié)果顯示，這種亮度變化很可能是由兩個(gè)相互繞行的黑洞引起的。在對該類星體進(jìn)行了密集的觀測后，天文學(xué)家最終完整地描繪出了這對黑洞的軌道運(yùn)動(dòng)方式。但要拍攝到這對黑洞并非易事。

要區(qū)分這兩個(gè)黑洞，人們必須使用分辨率比可見光高10萬倍的射電波。研究人員動(dòng)用了一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，其中包括一枚曾經(jīng)運(yùn)行在地月間距二分之一處的天文觀測衛(wèi)星RadioAstron。

研究人員將射電圖像和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明圖中確實(shí)存在兩個(gè)黑洞，且位置完全符合預(yù)期。相關(guān)模型還成功預(yù)測了多次黑洞耀斑的爆發(fā)。這既為天文學(xué)家解答了一個(gè)長期懸而未決的問題，即宇宙中是否真的存在雙黑洞天體系統(tǒng)，也是對愛因斯坦廣義相對論的一次有力驗(yàn)證。

這是人類首次成功獲得兩個(gè)黑洞相互環(huán)繞運(yùn)行的圖像。黑洞本身是完全黑的，無法拍到。我們拍到的是黑洞產(chǎn)生的強(qiáng)大粒子流或其周圍的發(fā)光氣體。這兩個(gè)黑洞中，主黑洞的質(zhì)量約為太陽的183.5億倍，較小黑洞的質(zhì)量約為太陽的1.5億倍。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這對黑洞中較小的那一個(gè)，還會(huì)產(chǎn)生一種全新的噴流，其形態(tài)會(huì)如澆水軟管般扭動(dòng)。這可能是因?yàn)檫@個(gè)較小的黑洞在環(huán)繞較大的黑洞快速運(yùn)行，導(dǎo)致其噴流方向會(huì)隨著黑洞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變。未來如果我們持續(xù)觀測它，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它會(huì)隨運(yùn)動(dòng)速度和方向的改變，而在多個(gè)不同的方向上發(fā)生扭曲。

雙黑洞布局示意圖

參考

Identifying the Secondary Jet in the RadioAstron Image of OJ 287

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae057e