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

記者從中科院國家天文臺獲悉：近日，由中科院國家天文臺研究人員陸由俊、閆昌碩和美國俄克拉荷馬大學(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。該項研究成果已發(fā)表在國際期刊《天體物理雜志》上。

去年底在中國熱映的美國大片《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)于幾百萬甚至上百億個太陽。”

黑洞是廣義相對論預(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，儀器和肉眼都無法直接觀測到，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)家對黑洞的研究，是人類對茫茫宇宙進(jìn)行探索的重要部分。

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

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。但實際觀測上，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，而且存在兩個相互公轉(zhuǎn)的黑洞，瘋狂地旋轉(zhuǎn)使得這個類星體顯得更加活躍。

陸由俊說：“我們在先前的有關(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黑洞，那么由其附近熾熱氣體形成的吸積盤就會一直延伸至黑洞附近，從而發(fā)射大量的紫外射線。但若中心存在兩個相互繞轉(zhuǎn)的黑洞，則它們與吸積盤的相互作用會將吸積盤內(nèi)區(qū)物質(zhì)掃除殆盡，那么紫外輻射就會驟然減弱。”

根據(jù)動力學(xué)模型的評估，科學(xué)家們模擬了兩個黑洞存在的類星體，發(fā)現(xiàn)這種情況符合在類星體Markarian231所觀測到的紫外輻射分布，展示了在類星體Markarian231中心存在一個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)搜尋雙黑洞的一個樣板。

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