天文學家正在倒數計時等黑洞合併

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 16 日 8:45 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


天文學家正在觀察天空,等著好戲上演。距離地球 12 億光年的星系,一對黑洞可能正在舞動龐大的引力探戈,相互拉据直到它們合併成一個超大質量黑洞,這可能隨時發生,短則 100 天,甚至可能 3 年後才發生。

目前我們見到的黑洞合併幾乎都是發生時觀測到重力波現象,再藉由反推得出合併天體是雙黑洞、中子星與黑洞,甚至中子星雙星,如果這場合併預測成真,將是天文學家第一次目睹事件,為黑洞如何成長到超大質量提供重要線索,目前研究人員在網站arXiv上傳的研究詳述誘人的預測。

加拿大滑鐵盧市圓周理論物理研究所Huan Yang(楊歡,音譯)和中國科學技術大學Ning Jiang(姜寧,音譯)研究,藉由分析加州史維基瞬變設施(ZTF)的觀測數據,注意到來自遙遠星系的光度變化,並將訊號解釋為來自一對黑洞,自此情況變得更有趣。

兩個黑洞距離越來越近,3年內從相距1光年(約9.5兆公里)變成相距1光月(約8,000億公里)。正常情況下會想像雙黑洞的距離仍然很大,所以觀測期間,互繞週期應不會有太大改變,但情況似乎並非如此,兩天體正以前所未有的方式產生迅速變化。如果這種模式持續,這組雙黑洞彼此距離很快就會像太陽和冥王星的距離一樣「近」(約60億公里),最終合併。

研究團隊分析後認為兩個黑洞合併可能最短100天內就會發生,也有可能3年內,為了預測發生時間,還需要進行後續觀察。劍橋大學天文研究所教授安德魯·法比安(Andrew Fabian)正在準備,預定NASA核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)的觀測時間,儘管他並不知道會發現什麼。

目前該星系環境有相當多星際介質,但當雙黑洞接近時,軌道劇烈變化可能會導致大量氣體被甩出,甩出方向可能會讓我們所處的觀測位置有截然不同狀況。若是氣體甩向與我們視線平行,就會變模糊,垂直會更清楚。天文學家曾預測黑洞合併,但從未實際目睹,關於黑洞,科學家只知道質量龐大,但仍不曉得如何成長到目前程度。黑洞以周圍物質為食,這確實增加黑洞體積及質量,但僅憑這點可能還不足以解釋這些龐然大物成因,因它們約是太陽質量200億倍。

黑洞成長到巨大尺寸的另一種方式是與其他黑洞合併,科學家認為,黑洞潛伏在每個星系中心,當星系合併時,因黑洞之間引力相互牽制,會被困在中間。如果科學家能觀察兩個黑洞如何合併,圍繞這些宇宙巨獸的許多謎團將能解開。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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