一些位于星系中心的黑洞有一个伙伴，但探测到这些双星并不容易

一些位于星系中心的黑洞有一个伙伴，但探测到这些双星并不容易

每个星系的中心都有一个超大质量黑洞，就像每个鸡蛋都有蛋黄一样。但有时，母鸡下的蛋有两个蛋黄。类似地，天体物理学家希望在一些星系的中心找到双星系统——两个超大质量黑洞相互绕轨道运行。

黑洞是空间中的一个区域，那里的引力非常强，甚至连光都无法从它的附近逃脱。当一颗大质量恒星的核心坍塌时，它们就形成了，它们就像宇宙吸尘器一样。超大质量黑洞的质量是太阳的一百万倍甚至更大。科学家通过研究它们来了解引力是如何工作的以及星系是如何形成的。

弄清楚一个星系的中心是有一个还是两个黑洞并不像打个鸡蛋检查蛋黄那么容易。但是测量这些双超大质量黑洞形成的频率可以帮助研究人员了解星系合并时会发生什么。

在一项新的研究中，研究团队挖掘了100多年前的历史天文数据。他们寻找了一个星系发出的光，该星系显示出存在双超大质量黑洞系统的迹象。

星系碰撞和引力部分波

像银河系这样的星系几乎和宇宙一样古老。有时，它们与其他星系碰撞，这可能导致星系合并，形成一个更大、更大的星系。

两个合并星系中心的两个黑洞，如果距离足够近，可能会在引力作用下形成一对。在两个黑洞最终合并成一个黑洞之前，这对黑洞可能会存在数亿年。

双黑洞以引力波的形式释放能量，引力波是专门的天文台可以探测到的时空涟漪。根据爱因斯坦的广义相对论，这些涟漪以光速传播，导致空间本身在它们周围伸展和挤压，有点像波浪。

脉冲星计时阵列使用脉冲星，脉冲星是坍缩恒星密集明亮的核心。脉冲星旋转得非常快。研究人员可以在这些旋转脉冲星发射的无线电波模式中寻找间隙和异常，以探测引力波。

虽然脉冲星定时阵列可以探测到过去90亿年间来自双星集合的集体引力波信号，但它们还不够灵敏，无法探测到来自一个星系中单个双星系统的引力波信号。即使是最强大的望远镜也无法直接成像这些双黑洞。因此，天文学家必须使用巧妙的间接方法来弄清楚一个星系的中心是否有一个双超大质量黑洞。

寻找双黑洞的迹象

一种间接的方法是寻找来自活跃星系中心的周期性信号。这些星系释放出的能量远远超过了天文学家对其所含恒星、气体和尘埃数量的预期。

这些星系从它们的核心或中心发出能量，被称为活动星系核。在一个被称为吸积的过程中，每个活跃星系中的黑洞都利用重力将附近的气体向内吸引。气体在接近黑洞视界时加速，就像漩涡周围的水在向内旋转时运动得越来越快一样。

随着气体升温，它在可见光、紫外线和x射线中发出明亮的光。活动星系核是宇宙中最明亮的天体之一。

一些活跃的星系核可以发射喷流，这是加速到接近光速的粒子束。当这些喷流与我们天文台的视线对齐时，它们看起来非常明亮。它们就像宇宙的灯塔。

一些活跃的星系核有周期性的光信号，它们会变亮，变暗，然后再次变亮。这种独特的信号可能来自内部两个超大质量黑洞的周期性运动，它建议天文学家在该星系中寻找一个双黑洞系统。

寻找双黑洞系统

研究团队研究了一个这样的活动星系核，名为PG 1553+153。这个天体发出的光大约每2.2年变亮变暗。

这些周期变化表明PG 1553+153内部有一个超大质量的黑洞双子星。但是二进制并不是这种变化的唯一解释。其他现象，如不稳定的喷流或黑洞周围物质流动的变化，也可以在没有双黑洞存在的情况下解释这种模式，所以我们必须排除这些现象。

为了了解PG 1553+153系统的光发射模式是否来自双黑洞，他们模拟了双超大质量黑洞如何收集气体。模型表明，有时，当黑洞吸入气体时，密集的气体团聚集在黑洞的外部。

他们计算出，这些团块围绕两个黑洞运行所需的时间应该是两个黑洞相互环绕所需时间的5到10倍。

所以，他们终于有了一个可以测试的明确预测。如果一个双黑洞系统导致PG 1553+153的2.2年周期变化，那么我们也应该能够看到一个更长的变化模式，大约每10到20年，当气体团围绕黑洞旋转时。

但为了确定这是否真的是一种模式，他们需要观察它重复4到5个周期。对于PG 1553+153来说，这将是40到100年。

天文学家对天空的观测已经有几百年了。但是数字天文学时代——天文图像被记录在计算机上并保存在数据库中——是最近才出现的——大约是从2000年左右开始的。

在此之前，大约从1850年开始，天文学家在照相板上记录了天空的图像。这是一种涂有感光化学层的平板玻璃，传统上用于摄影。世界上许多天文台都有100多年前的夜空照片。在那之前，天文学家会在他们的笔记本上画出天空的样子。

哈佛大学（Harvard）的DASCH （Digital Access to a Sky Century）等项目已经开始对一些天文台的照片底片进行数字化处理，让科学家和非科学家都能使用它们。

研究团队了解到，DASCH数据库提供的PG 1553+153的数据可以追溯到1900年，超过120年。他们用这个数据集来看看他们是否能看到每10到20年重复一次的模式。

让他们有些惊讶的是，他们发现了一个20年的模式，这为他们的理论增加了更多的证据，证明PG 1553+153的核心存在一个双星系统。对第二种模式的探测也帮助他们弄清楚了这两个超大质量黑洞的质量是2.5:1的比例——其中一个是另一个的2.5倍——它们的轨道接近圆形。

虽然这些历史数据让他们更加确信PG 1553+153中存在两个超大质量黑洞，但他们仍然不能肯定。最终的确认可能需要等到脉冲星计时阵列变得足够灵敏，能够探测到来自PG 1553+153的引力波。