有史以来最重的一对黑洞比太阳重280亿倍

December2017

一幅插图显示了两个超大质量黑洞被它们的大小锁定并阻止合并（图片来源:noir lab/NSF/AURA/j . da Silva/m . Zamani）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：在碰撞产生的“化石星系”中发现的两个超大质量黑洞如此巨大，以至于它们拒绝碰撞和合并。这一发现可以解释为什么尽管理论上预测了超大质量黑洞合并，但从未在进展中观察到它们。

超大质量黑洞系统位于椭圆星系B2 0402+379中。这两个黑洞的总质量比太阳的质量大280亿倍，这使其成为有史以来最大的黑洞双星。不仅如此，这个系统的双星组成部分是超大质量黑洞对中距离最近的，仅相隔24光年。

这是唯一一个超大质量黑洞双星，其分辨率足够详细，可以分别看到这两个物体。奇怪的是，虽然这两个天体的接近程度表明它们应该碰撞并合并，但它们似乎已经在彼此周围的同一轨道上运行了30多亿年。

在夏威夷双子座北望远镜收集的数据中发现该双星的团队认为超大质量黑洞因其巨大的质量而无法合并。

该团队成员、斯坦福大学物理学教授罗杰·罗马尼在一份声明中说:“通常情况下，拥有较轻黑洞对的星系似乎有足够的恒星和质量来迅速将这两个黑洞驱动在一起。”“由于这对太重了，需要大量的恒星和气体才能完成这项工作。但双星已经在中央星系中搜寻到了这种物质，使其停滞不前。”

超大质量黑洞对就是不兼容...然而

B2 0402+379是一个“化石星团”，代表了当整个星系团的恒星和气体合并成一个大质量星系时会发生的情况。在其中心的两个超大质量黑洞的巨大质量表明，当星团中的多个星系相遇并合并在一起时，较小黑洞之间的一系列合并产生了它们。

科学家认为，大多数星系的核心是一个超大质量黑洞，其质量相当于数百万或数十亿个太阳。没有一颗恒星能够坍缩产生如此巨大的黑洞，因此人们认为超大质量黑洞是通过连续变大和变大的黑洞之间的一连串合并而产生的。

当星系本身发生碰撞并合并时，科学家们认为星系中心的超大质量黑洞会一起移动，形成双星配对。当它们相互环绕时，这些黑洞在时空中发出称为引力波的涟漪，将角动量从双星中带走，导致黑洞更紧密地环绕在一起。

最终，当黑洞离得足够近时，它们的引力将会占据主导地位，黑洞会碰撞并合并，就像碰撞产生它们的黑洞那样。问题是，一些超大质量黑洞会如此巨大以至于碰撞停止吗？



星系NGC 7727展示了一个星系经过数十亿年的合并后的样子。(Image credit: ESO)

为了更好地理解这个黑洞重量级系统，研究小组转向双子座北方公司的双子座多天体摄谱仪（GSO）收集的档案数据。这使他们能够确定两个超大质量黑洞附近恒星的速度，进而确定这些黑洞的总质量。

罗马尼补充说:“GMOS的出色灵敏度使我们能够绘制出越靠近银河系中心恒星速度越快的图像据此，我们能够推断出那里黑洞的总质量。"

停滞不前的合并

该系统的两个黑洞质量如此之大，以至于该团队认为需要在其周围有异常多的恒星才能使超大质量黑洞靠近。然而，随着这种情况的发生，从双星系统中滤出的能量将物质抛离了它们的附近。

这使得B2 0402+379的中心缺乏足够靠近双星的恒星和气体，无法从中汲取能量。因此，当这两个超大质量黑洞接近合并前的最后阶段时，它们朝向彼此的进展停滞不前。

该团队的结果给出了关于星系合并后超大质量黑洞双星形成的重要背景，但也支持了这种双星的质量在阻止黑洞效仿方面不可或缺的观点。

该团队目前不确定这两个超大质量黑洞是否会克服这种停顿最终合并，或者它们是否会永久锁定在合并的边缘。

“我们期待着对B2 0402+379核心的后续调查，我们将看看那里有多少气体存在，”研究的主要作者和斯坦福大学本科生蒂尔思·苏尔蒂说这应该会让我们更深入地了解超大质量黑洞是否最终会合并，或者它们是否会作为双星滞留在一起。"

停止这种超大质量对峙的一种方式是，如果另一个星系与B2 0402+379合并，从而将更多的恒星、气体和另一个超大质量黑洞扔进混合物中，打破这种微妙的平衡。然而，B2 0402+379是一个数十亿年来从未受到干扰的化石星系，这一事实使这种情况成为可能。

这项研究确定的一件事是，来自双子座北望远镜的档案数据对天文学家有多有用。双子座北望远镜与位于智利安第斯山脉一座山上的双子座南望远镜配对，组成了国际双子座天文台。

国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁·斯蒂尔说:“为国际双子座天文台服务的数据档案拥有一座尚未开发的科学发现的金矿。”“对这个极端超大质量二元黑洞的质量测量是一个令人敬畏的例子，表明探索这一丰富档案的新研究的潜在影响。”

该团队的研究发表在《天体物理学杂志》上。