寻找成对的怪物黑洞

这是位于银河系中心的超大质量黑洞 Sgr A* 的第一张图像。天文学家现在认为银河系黑洞有可能演化为双星对（图片来源：EHT Collaboration）

一些著名的相互作用星系的蒙太奇。图片来源：NASA、欧空局、哈勃遗产

（蜘蛛网eeook.com）据今日宇宙（马克·汤普森）：当星系碰撞时，这不是一件温和的事情，但它确实需要数百万年的时间。在这段时间里，两个巨大的恒星系统慢慢地融合在一起，它们的引力使它们更加靠近。每个星系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞，这个物体的质量是太阳的数百万甚至数十亿倍。星系合并后，这两个黑洞最终应该会找到彼此，并围绕它们共同的重心进入轨道。结果是宇宙最极端的现象之一，超大质量黑洞双星。但迄今为止，还没有发现任何东西。

尽管进行了数十年的理论预测，但这些双星系统的证据仍然令人沮丧地难以捉摸。由马丁·克劳斯 （Martin G. H. Krause） 领导的国际天文学家团队最近进行了一项审查，研究了这些难以捉摸的对的当前证据状态，汇集了来自整个电磁频谱的观测结果，并探索了当这些系统螺旋式上升时我们可能会看到什么最终合并。

理论表明，超大质量黑洞双星的形成遵循可预测的路径。两个星系合并后，每个祖先星系的黑洞通过称为动力摩擦的过程向新组合星系的中心下沉。当每个黑洞穿过银河系时，它会将能量转移到附近的恒星和暗物质，逐渐失去动量。最终，这两个黑洞发现自己以数千光年为单位的距离相互绕行，然后是数百光年，然后可能只相距几光年。

除了形成之外，这些双星系统还应该在多个波长的光上留下独特的指纹。当气体落入轨道黑洞时，它可以在其光谱中形成特征性的双峰发射线。如果其中一个黑洞发射喷流，即以接近光速射出的强大粒子束和辐射，双星的轨道运动会导致该喷流摆动或进动，从而形成独特的 S 形或弯曲结构，在射电观测中可见。天文学家已经确定了几个有希望的候选者，它们完全显示了这些特征，包括来自 LOFAR 射电望远镜的例子。

该综述重点介绍了对双活跃星系核的观测，在这些系统中，两个黑洞可能都积极地以周围的气体为食并发出明亮的光芒。这些潜在候选者已被发现，其规模范围从数千光年到仅相距几光年不等。在较大的间隔下，天文学家有时可以直接将两个黑洞成像为不同的物体。在较近的距离下，证据变得更加间接，但同样令人信服，依赖于那些明显的光谱特征和奇特的射流排列。该工作已发布在 arXiv 预印本服务器上。

超大质量黑洞双星特别令人兴奋的是它们与引力波天文学的联系。随着这些双星系统越来越近，它们开始辐射引力波，即时空结构本身的涟漪。与 LIGO 检测到的恒星质量黑洞合并产生仅持续几秒钟的高频引力波不同，超大质量黑洞双星发射的低频波可以通过脉冲星授时阵列或未来的天基探测器（如激光干涉仪太空天线 （LISA））探测到。这些观测结果将为了解星系合并历史提供一个全新的窗口。

审查清楚地表明，虽然证据令人信服且多样化，但仍然存在重大不确定性。一个主要的难题是“最终秒差距问题”，即双黑洞如何设法从几光年的分离缩小到最终合并的问题。在这些距离上，可能没有足够的周围物质来有效地从轨道上提取能量。人们提出了各种解决方案，从经过附近的大质量恒星的影响到气体盘的影响，甚至是另一次星系碰撞产生的第三个超大质量黑洞的影响。