天文学家最新发现三重黑洞

伤我心太深

天文学家发现，一对特大质量双黑洞的一个成员实际上本身就是一对双黑洞，这样该系统就成为了迄今探测到的最为遥远的三重黑洞系统，它还为未来的发现带来了希望。

　　所有的大型星系都拥有特大质量黑洞。因此我们可以预期一些星系会并合产生疯狂吞噬海量物质的特大质量双黑洞甚至三黑洞的系统（活动星系核）。不过由于已知拥有多个AGN核心的星系数量很少，天文学家认为这些系统很罕见。

　　天文学家在6月25日在线发表的《自然》杂志中称，新近发现的一个极其紧凑的三重AGN挑战着这一认识。

　　几年前，天文学家在40多亿光年之外的类星体——SDSS J1502+1115的核心发现了一个双重AGN。然而来自南非开普敦大学的罗杰·迪恩（Roger Deane）与同事现在将其中的一个AGN分解成了两个独立的射电信号，这说明这一辐射源不是一个，而应该是两个吸积中的特大质量黑洞。这意味着J1502核心区域总计拥有3个特大质量黑洞。内层双黑洞的两个AGN彼此间隔450光年，它们距离第三个AGN是24000光年，这使得该系统成为迄今发现的最为紧凑的三重黑洞。

　　

　　AGN的艺术概念图。图片提供：NASA / Dana Berry (SkyWorks Digital)

　　VLBI的力量

　　来自卡耐基天文台的沈悦参与了2011年另一个三重AGN发现，他解释说，内层双AGN先前没有被发现的原因是，两个成员之间的角距离大约是26毫角秒，这比天文学家通常在光学或近红外波段可以达到的最高分辨率还要小4倍。迪恩的小组使用甚长基线干涉仪（VLBI）达到了必需的分辨率。这一技术结合不同台址多架射电望远镜的观测，所得的图像分辨率相当于大如望远镜基线间隔口径的单一望远镜分辨率，而间隔距离可能达到数千千米。VLBI在其他黑洞相关的研究中表现得非常成功，如发展中的事件视界望远镜，其目标是分辨中银河系中心特大质量黑洞的轮廓。

　　迪恩的小组使用了欧洲VLBI网，以胜过哈勃空间望远镜50倍的分辨率观测了数个AGN。迪恩的小组在发现隐匿于J1502的双重AGN之前，只观测了6个星系，这说明这样的系统可能要比先前所认为的常见得多。

　　

　　欧洲VLBI网的分布图。图片提供：Consortium for Very Long Baseline Interferometry in Europe

　　由于天文学家只将少数几个双重AGN通过直接成像分解，这样的前景很是激动人心。在这些双AGN中，只有3个（不包括J1502）彼此的间隔不超过大约3000光年，它们都处于相对邻近的星系中。不过先前的搜索目标是一些最为明亮、质量最大的AGN（质量相当于太阳的10亿倍，甚至更多），这样的AGN很罕见，不大可能拥有尺度相当的伴黑洞。

　　来自瑞士苏黎世联邦理工学院的凯文·肖文斯基 （Kevin Schawinski）解释说，这个问题的一部分是，天文学家只能找到黑洞“开启”的双重或三重AGN，也就是正在狼吞虎咽吞噬物质并发出辐射的黑洞。他说：“天文学家已经花费了很多年来搜索这样的系统了，在某种程度上，我们知道它们应该存在。”未来的VLBI巡天应该可以为多重AGN系统的存在提供更多线索。

　　未来研究的素材

　　在一项新研究的帮助下，哪怕不使用VLBI，天文学家可能也会对寻找双黑洞的工作建立更多信心。迪恩的小组还检索了央斯基甚大天线阵的观测数据存档，发现J1502内层双黑洞的一个成员看起来抛出了一对S形喷流。天文学家很早之前就预言过，伴黑洞的引力影响可以让AGN的喷流变得弯曲，不过JVLA的观测结合VLBI的观测第一次提供了这一现象的直接证据。在未来的AGN巡天中，哪怕无法将成员黑洞分解出来，天文学家都可以利用弯曲的喷流作为辨认多重AGN系统的指标。

　　

　　艺术家笔下从内层双黑洞一个AGN成员喷出的弯曲喷流。图片提供：Roger Deane/NASA Goddard

　　多重AGN系统的发现是研究星系演化的关键。天文学家认为，特大质量黑洞在AGN阶段，可以影响宿主星系的演化，不过AGN与宿主星系之间的关系确切如何仍旧是争议话题。了解特大质量黑洞如何相互作用，是了解它们对星系作用的关键。

　　多重AGN系统还是研究引力波的首要目标。引力波是大质量吸积天体产生的时空涟漪。天文学家对足够紧凑的黑洞系统发出的可探测引力波所知甚少（而且他们还没有直接探测到任何引力波），不过论文作者指出，这一发现可能预示着会通过VLBI找到更多的紧凑多重AGN系统，这是定向引力波研究的好兆头。