在星系碰撞系統中發現 3 個超大質量黑洞,未來有可能大規模併合

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 15 日 17:48 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


雙黑洞併合事件雖然罕見,但對我們來說似乎已不是奇聞;不過若是 2 個以上的黑洞連環撞呢?天文學家最近便在 10 億光年外發現一個 3 星系互繞的系統,每個星系中心都有 1 個超大質量黑洞,並且研究人員指出,這 3 個黑洞在未來有很大機率碰撞合併。

這個不尋常系統名為 SDSS J084905.51 + 111447.2(簡稱 SDSS J0849 + 1114),距離地球 10 億光年,喬治梅森大學團隊結合了各種地面望遠鏡與太空望遠鏡的數據,意外發現了此番奇景。

最一開始,SDSS J0849 + 1114 系統經由史隆數位巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)計畫成像,並且被公民科學家指出這是一個正在進行星系合併的系統;於是喬治梅森大學團隊分析 NASA 的廣域紅外線巡天探測衛星(WISE)數據,發現該系統發出大量紅外光,表明可能有一個以上的超大質量黑洞正在迅速吸收物質。

接著,團隊繼續使用 NASA 錢卓拉 X 射線天文台(CXO)觀察,果然在星系中心附近發現了強大的 X 射線源,同時團隊還利用 NASA 核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)望遠鏡的數據佐證,其中一個黑洞周圍有大量氣體塵埃。

最後再查看史隆數位巡天計畫和大雙筒望遠鏡(Large Binocular Telescope,LBT)的光學數據,顯示該系統存在 3 個正在消耗物質的超大質量黑洞,團隊綜合所有數據確認找到一個罕見的三重黑洞系統。

▲ SDSS J0849 + 1114 系統中確認有 3 個超大質量黑洞。(Source:NASA

研究第一作者、喬治梅森大學天文學家 Ryan Pfeifle 表示,該系統除了因其稀有性讓人興奮外,還有助於解決一個存在已久的天體物理學疑點:「最終秒差距問題(Final parsec problem)」。

當兩個超大質量黑洞互相靠近時,彼此會開始繞行並逐漸縮短距離,透過與周圍氣體的摩擦失去能量;然而模擬卻發現,當它們相距約 1 秒差距(或 3.26 光年)時反而會處於一個穩定軌道上,導致兩個黑洞完全合併所需的時間,會比當前宇宙年齡還要長,此即最終秒差距問題。

那麼我們如今看到的雙黑洞併合事件從何而來?這表明其中一定還有其他機制參與,方能促進黑洞走向最終合併之路。現在根據最新的多重黑洞系統線索,如果我們在超大質量黑洞對中引入第 3 個超大質量黑洞,那麼這項難題就能迎刃而解,研究人員指出雙超大質量黑洞在第三者的介入下,合併時間將變得合理。

目前,SDSS J0849 + 1114 系統中 3 個星系彼此相距 11,000~23,800 光年,研究人員無法確定還要多久才能見到 3 個超大質量黑洞碰撞(也可能不會碰撞),但可以說這 3 個黑洞要完全合併的話,至少需耗時 100 萬年。

新論文將發表在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal),論文預印本可以先在《arXiv》網站上閱覽。

(首圖為雙黑洞併合示意圖,來源:NASA