哈勃和钱德拉发现超大质量黑洞

就像两个相扑选手在对决，目前已确认的距离最近的一对超大质量黑洞被观测到，它们距离很近。它们相距约 300 光年，是使用 NASA 的哈勃太空望远镜和钱德拉 X 射线天文台探测到的。这些黑洞深埋在一对碰撞星系内，由的气体和尘埃提供燃料，使它们作为活跃星系核 (AGN) 发出明亮的光芒。

这对 AGN 是使用多波长(可见光和 X 射线)观测在当地宇宙中发现的距离最近的一对。虽然之前已经发现了几十个“双”黑洞，但它们的距离通常比在富含气体的星系 MCG-03-34-64 中发现的距离要大得多。

天文学家利用射电望远镜观测到一对比 MCG-03-34-64 中距离更近的双黑洞，但尚未在其他波长下得到证实。

像这样的 AGN 双星在早期宇宙中可能更常见，因为那时星系合并更为频繁。这次发现让我们近距离观察了距离我们约 8 亿光年的附近 AGN 双星。

这次发现纯属偶然。哈勃的高分辨率成像显示，宿主星系内部有三个光学衍射尖峰，表明在非常小的区域内有大量发光氧气。

“我们没有想到会看到这样的事情，”马萨诸塞州剑桥市哈佛与史密森尼天体物理中心的 Anna Trindade Falcão 说道，她也是《天体物理学杂志》上发表的论文的主要作者。

“这种景象在附近的宇宙中并不常见，这告诉我们星系内部还发生着其他的事情。”

衍射尖峰是当来自空间中非常小区域的光绕过望远镜内部的镜子时引起的成像伪影。

随后，法尔考的团队利用钱德拉天文台的 X 射线对同一星系进行了检查，以深入了解其中发生的情况。

这是艺术家对两个合并星系中心的一对活跃黑洞的描绘。它们都被热气体吸积盘包围。部分物质沿着每个黑洞的自转轴喷出。在强大磁场的束缚下，喷流以接近光速的速度在太空中燃烧，形成毁灭性的能量束。图片来源：NASA、ESA、Joseph Olmsted (STScI)

“当我们在 X 射线波段观察 MCG-03-34-64 时，我们看到两个分离的、强大的高能发射源，与哈勃望远镜看到的明亮光学光点相吻合。我们将这些碎片拼凑在一起，得出结论，我们很可能正在观察两个相距很近的超大质量黑洞，”Falcão 说。

为了支持他们的解释，研究人员使用了新墨西哥州索科罗附近的卡尔·詹斯基甚大阵列的存档无线电数据。这对高能黑洞组合也发射出强大的无线电波。

“当你看到可见光、X 射线和无线电波长的明亮光线时，很多事情都可以排除，得出的结论只能用近距离黑洞来解释。当你把所有的碎片放在一起时，你就能看到 AGN 双星的图景，”Falcão 说。

哈勃望远镜观测到的第三个明亮光源来源不明，需要更多数据才能理解。这可能是黑洞中一个超高速等离子体射流的能量冲击气体，就像花园软管中的水流冲击一堆沙子一样。

法尔考说：“如果没有哈勃惊人的分辨率，我们就无法看到所有这些复杂的细节。”

这两个超大质量黑洞曾经位于各自宿主星系的核心。星系合并使这两个黑洞变得十分接近。它们将继续以螺旋状方式靠近，直到最终合并(大约需要 1 亿年)，并以引力波的形式震动空间和时间的结构。

美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台 (LIGO) 已经探测到数十次恒星级黑洞合并产生的引力波。但超大质量黑洞合并产生的较长波长超出了 LIGO 的能力范围。

下一代引力波探测器名为 LISA(激光干涉空间天线)任务，将由三个相距数百万英里的太空探测器组成，用于捕获来自深空的长波引力波。欧洲航天局(ESA)将领导这项任务，并与 NASA 和其他参与机构合作，计划于 2030 年代中期发射。

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