在浩瀚的宇宙中,天文学家们借助美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星,揭开了一对超大质量黑洞的神秘面纱。这一惊人发现并非偶然,而是得益于较小黑洞释放出的强烈类星体喷流,它们如同宇宙中的灯塔,指引着科学家们探寻黑洞的踪迹。
这对黑洞位于OJ 287星系中心,距离地球约40亿光年。科学家们发现,其中一个黑洞正穿越另一个黑洞的吸积盘,这一过程引发了亮度急剧提升,形成了短暂的双类星体现象。类星体,作为遥远星系中极为活跃的星系核,其亮度源于超大质量黑洞吞噬物质时释放出的巨大能量。这些被吞噬的物质在磁场作用下,以接近光速的速度喷射出去,形成了我们观测到的明亮喷流。
OJ 287星系,作为距离地球最近的耀星之一,其亮度极高,甚至能被业余天文望远镜捕捉到。早在19世纪晚期,天文学家们就已注意到了它的异常亮度变化,每12年增亮一次。芬兰图尔库大学的泡利•佩荷尤奇提出,这种亮度变化可能是由一个小质量黑洞围绕主黑洞旋转并与之相互作用的结果。随着小质量黑洞轨道的拉长,它每隔12年就会接近一次主黑洞,引发亮度剧增。
为了验证这一理论,美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星、雨燕卫星、费米伽马射线望远镜以及一系列地面望远镜共同对OJ 287星系进行了观测。在2021年11月12日,凌日系外行星勘测卫星捕捉到了OJ 287星系亮度突然增加了2个星等,并持续了12小时。这次爆发释放的能量相当于100个星系所释放的能量总和,正是来自第二个黑洞的喷流。费米伽马射线望远镜也观测到了一次伽马射线暴,进一步证实了这一发现。
经过观测分析,科学家们确定了这两个黑洞的质量:主黑洞质量高达183.5亿太阳质量,而另一个黑洞也有1.5亿太阳质量之巨。相比之下,银河系中心的黑洞质量仅为410万太阳质量。这次爆发所持续的时间也解释了为什么双黑洞系统至今才被发现:我们既不知道这种事件何时发生,也不知道它在哪里发生,因此很可能错过了大量类似事件。
然而,未来这类事件将无处遁形。爱因斯坦预言的引力波将有助于我们观测双黑洞系统。印度的塔塔基础研究院研究人员表示,对于小型黑洞,我们可以通过其释放的纳赫兹引力波来发现它们。随着脉冲星计时阵列技术的逐渐成熟,OJ 287星系的引力波也将被探测到。脉冲星计时阵列是基于深空中一系列脉冲星的自旋来进行观测的,它们如同太空中的“灯塔”,不断对外发射无线电信号。通过观测这些信号的闪现速度,我们可以测量出脉冲星的自转频率,并用来测量时间。当引力波扫过时,它会扭曲我们和脉冲星之间的空间,从而对我们观测到的脉冲信号时间产生影响。
双黑洞系统对于超大质量黑洞的增长具有重要意义。研究表明,超大质量黑洞的合并是其质量增长的第二重要影响因素。在合并过程中,两个黑洞会产生引力波,虽然这种引力波在频率上较低,难以被现有设备检测到,但科学家们已计划发射“激光干涉空间探测器”来探测黑洞的合并事件。这一发现不仅揭示了宇宙中黑洞的神秘面纱,也为未来的天文研究开辟了新的方向。