我國(guó)科學(xué)家使用新方法發(fā)現(xiàn)證據(jù)確鑿的雙黑洞

記者從中科院國(guó)家天文臺(tái)獲悉：近日，由中科院國(guó)家天文臺(tái)研究人員陸由俊、閆昌碩和美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)戴新宇、北京大學(xué)于清娟組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在距離地球最近的類星體Markarian231中隱藏著超大質(zhì)量雙黑洞。此番首次用連續(xù)譜的特征方法發(fā)現(xiàn)的證據(jù)確鑿的雙黑洞，為人類在宇宙中發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)更多雙黑洞系統(tǒng)指出了新方向，并對(duì)理解星系和類星體的形成演化以及進(jìn)一步研究引力波和基本引力理論具有重要意義。該項(xiàng)研究成果已發(fā)表在國(guó)際期刊《天體物理雜志》上。

去年底在中國(guó)熱映的美國(guó)大片《星際迷航》中曾反復(fù)出現(xiàn)黑洞概念，陸由俊表示，他們此次研究中的黑洞概念和電影中的黑洞是一回事。“我們研究中的黑洞具體指的是存在于星系中心的質(zhì)量很大的一類黑洞，即超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量相當(dāng)于幾百萬(wàn)甚至上百億個(gè)太陽(yáng)。”

黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的宇宙空間內(nèi)存在的一種奇異天體，在其視界內(nèi)，即使光子也無(wú)法逃脫它的引力束縛。它完全不發(fā)射和反射任何電磁波，儀器和肉眼都無(wú)法直接觀測(cè)到，但借由物體被吸入之前因高熱而放出紫外線和X射線的邊緣訊息，可以獲取黑洞存在的訊息。科學(xué)家對(duì)黑洞的研究，是人類對(duì)茫茫宇宙進(jìn)行探索的重要部分。

“雙黑洞是指相互繞轉(zhuǎn)的兩個(gè)黑洞組成的一個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)類比就是像地球和月球這樣的由兩個(gè)天體組成在引力作用下相互繞轉(zhuǎn)的一個(gè)系統(tǒng)，只不過(guò)組成雙黑洞的兩個(gè)天體都是黑洞。”陸由俊說(shuō)。

理論上，在標(biāo)準(zhǔn)冷暗物質(zhì)宇宙模型中，星系合并就不可避免地產(chǎn)生超大質(zhì)量雙黑洞。但實(shí)際觀測(cè)上，目前有關(guān)超大質(zhì)量雙黑洞存在的證據(jù)仍很模糊、稀少。

研究團(tuán)隊(duì)分析了類星體Markarian231的連續(xù)譜，發(fā)現(xiàn)該類星體中心不僅擁有黑洞，而且存在兩個(gè)相互公轉(zhuǎn)的黑洞，瘋狂地旋轉(zhuǎn)使得這個(gè)類星體顯得更加活躍。

陸由俊說(shuō)：“我們?cè)谙惹暗挠嘘P(guān)雙黑洞的研究中注意到雙黑洞吸積盤系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)和光譜發(fā)射顯著不同于單黑洞系統(tǒng)。也就是若在類星體中心只存在一個(gè)黑洞，那么由其附近熾熱氣體形成的吸積盤就會(huì)一直延伸至黑洞附近，從而發(fā)射大量的紫外射線。但若中心存在兩個(gè)相互繞轉(zhuǎn)的黑洞，則它們與吸積盤的相互作用會(huì)將吸積盤內(nèi)區(qū)物質(zhì)掃除殆盡，那么紫外輻射就會(huì)驟然減弱。”

根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型的評(píng)估，科學(xué)家們模擬了兩個(gè)黑洞存在的類星體，發(fā)現(xiàn)這種情況符合在類星體Markarian231所觀測(cè)到的紫外輻射分布，展示了在類星體Markarian231中心存在一個(gè)彼此非常接近的雙黑洞系統(tǒng)。

陸由俊告訴記者，尋找、證認(rèn)雙黑洞對(duì)理解星系和類星體的形成演化以及進(jìn)一步研究引力波和基本引力理論都具有重要意義。盡管理論上預(yù)期在相當(dāng)多的星系和類星體中心存在超大質(zhì)量雙黑洞，觀測(cè)上有關(guān)雙黑洞存在的證據(jù)仍很模糊、稀少。他們的這一發(fā)現(xiàn)不僅提供了在Markarian231中存在密近超大質(zhì)量雙黑洞比較確鑿的證據(jù)，而且也給出了利用類星體光學(xué)紫外連續(xù)譜輻射缺失這一新方法系統(tǒng)搜尋雙黑洞的一個(gè)樣板。

“我們的發(fā)現(xiàn)很可能會(huì)改變當(dāng)前雙黑洞的研究和搜尋的方向。通過(guò)對(duì)類星體光譜的系統(tǒng)研究很有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的雙黑洞系統(tǒng)，從而極大地推動(dòng)對(duì)雙黑洞系統(tǒng)與其環(huán)境相互作用的物理過(guò)程、雙黑洞繞轉(zhuǎn)輻射的引力波的探測(cè)等方面的研究。”陸由俊說(shuō)。(記者吳月輝)