本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

三个黑洞不断接近，是否会引发最终秒差距问题？

在夜空中看到的无数星系中， NGC 6240一直以其独特的形状和异乎寻常的红外亮度而引人注目。 迄今为止，人们一直认为这是两个星系碰撞的结果。

早在1983年，天文学家就报道了一个双活核的证据——在NGC 6240的中心有两个活跃的超大质量黑洞。现在，研究者第一次发现了第三个超大黑洞的证据。

图解：具有活跃银河核的星系的内部结构 图源：wikipedia

这项新发现表明是三个而非两个星系正在合并，每一个星系都把自身的超大黑洞星系核带到了聚合体中。

来自德国哥廷根大学的天体物理学家沃尔夫拉姆·科拉奇尼（Wolfram Kollatschny）解释说，“通过我们极高空间分辨率的观察，我们能够证明在相互作用的星系NGC 6240的中心，并不像以前认为的那样具有两个，而是三个超大质量黑洞。”

（用于冰下探测的浮力漫游车）2015年在阿拉斯加湖中。

自1983年以来，已经对星系进行了大量研究，证实了两个活跃星系核在3亿光年远的NGC 6240中心的发现。然而，由于超大质量黑洞非常接近，它们在明亮中心内的确切位置仍然难以找到。

科拉奇尼和他的团队用安装在智利的欧洲南方天文台的八米超大望远镜上的MUSE 3D光谱仪对星系进行高分辨率光谱观测。

图解：与辅助望远镜一起构成超大望远镜的四个单位望远镜 图源：wikipedia

这些图像揭示了NGC 6240中心的三个节点——一个北部的点和两个南部的点。然而，这项新发现并不意味着先前的研究是错误的；新的证据表明只有两个黑洞正在积极地积聚物质，而第三个则处于休眠状态。

图解：推测银河系中心超大质量黑洞候选人马座A *周围的6星轨道 图源：wikipedia

每个超大质量黑洞的质量都超过太阳质量的9000万倍（银河系的超大质量黑洞人马座A *，是400万倍的太阳质量）。这三个恒星都被锁定在宽度小于1千帕秒（3260光年）的区域内的轨道上，彼此缓慢地向内盘旋。并且南方的两个黑洞之间的距离只有198秒差距（645光年）。

图：（科拉奇尼 et al., A&A, 2019)

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的天体物理学家彼得·魏尔巴赫说：“迄今为止，宇宙中从未发现过如此集中的三个超大质量黑洞。”

这个例子向我们提供了三个星系和及其中心黑洞同时合并过程的证据。

早些时候又发现了另一个三重合并，在一个名为SDSSJ084905.51+111447.2的星系的中心有三个超大质量黑洞在向内盘旋的过程中；但是这个系统在每一对黑洞之间有大约10千帕秒的分隔。这些在NGC 6240中心的黑洞彼此之间更加接近意味着NGC 6240处在合并的后期阶段，这一过程耗费了十亿年之久甚至更长。这个更高级的阶段也意味着星系更接近所谓的最终秒差距问题。

正如我们之前所报道的那样，根据理论模型，两个正在合并的星系的黑洞不可避免地聚集在一起，将其轨道能量转移到其周围的气体和恒星上，从而绕得越来越紧。

我们知道，成对的恒星黑洞最终会聚在一起形成一个物体。 对于超大质量黑洞，存在一个理论上的问题。当它们的轨道收缩时，它们能传递能量的空间区域也会缩小。当它们相距1秒差距（大约3.2光年）时，理论上这个空间区域不再足够大以支持进一步的轨道衰变，因此它们仍处于一个稳定的双星轨道上——可能长达数十亿年。 这种平衡被称为“最终秒差距问题”。

三重合并可能是解决此问题的一种方法，因为第三个黑洞可以提供物体填补该最后空隙所需的额外的力。当然，NGC 6240中心的黑洞不会很快接近最终秒差距——可能还要再过十亿年或者二十亿年，甚至谁也不知道那时候人类是否还存在。

但黑洞预计会产生引力波。我们现在还不能检测到它们，但是通过研究这样的系统，我们也许能够用未来的仪器找到检测的方法，并弄清楚在最后的秒差距时发生了什么。

图：在NGC 6240的中心，有三个超大黑洞彼此之间越来越近地盘旋

相关知识

NGC 6240是位于蛇夫座附近的超发光红外星系（ULIRG）。该星系是三个较小星系合并后的残余物。三个祖先星系之间的碰撞导致了一个更大的星系，具有两个截然不同的原子核和一个高度受干扰的结构，包括微弱的延伸和回旋。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY: 张玉兔

作者: MICHELLE STARR

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处