天文学家近日宣布了一项震撼人心的发现:在距离地球40亿光年的OJ 287星系中,隐藏着一对超大质量黑洞。这一惊人发现的幕后英雄,是美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星,它捕捉到了这对黑洞中较小一个释放的强烈类星体喷流。
OJ 287星系中心,两颗黑洞的类星体喷流在艺术家的想象中栩栩如生,这幅作品出自美国宇航局喷气推进实验室与加州理工学院的赫特和穆格劳尔之手。
这个双黑洞系统位于一个活跃星系内,其中一个黑洞正穿越另一个黑洞的吸积盘,这一过程中释放出的巨大能量,使得OJ 287短暂地成为了双类星体,亮度急剧提升。
类星体,这一遥远星系中极为活跃的星系核,其活跃性源于超大质量黑洞吞噬物质的壮观景象。这些物质被黑洞以惊人的速度吞噬,部分物质甚至来不及落入黑洞的视界,就被磁场加速至接近光速,形成喷流。当这些喷流被观测到时,类星体便显得异常明亮,也因此得名耀星。
凌日系外行星勘测卫星,在这次发现中发挥了关键作用。它暂停了对系外行星的搜寻,转而集中分析OJ 287星系。与此同时,美国宇航局的雨燕卫星、费米伽马射线望远镜以及一系列地面望远镜也参与了观测,共同见证了这一历史时刻。
2021年11月12日,OJ 287星系突然增亮了2个星等,持续时间长达12小时。这次爆发释放的能量,相当于100个星系的总和。正是第二个黑洞的喷流引发了这次爆发,费米伽马射线望远镜也观测到了伴随而来的伽马射线暴。
芬兰图尔库大学的莫里·瓦尔托宁领导了这次观测任务。他激动地表示:“我们首次观测到了围绕旋转的黑洞,这一发现的意义,不亚于凌日系外行星勘测卫星发现一颗围绕恒星旋转的行星。”
通过观测,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,显得相形见绌。
这次发现也解释了为何双黑洞系统至今才被发现:它们的爆发既难以预测时间,也难以确定位置。因此,科学家们可能错过了许多类似的双黑洞爆发事件。然而,随着技术的进步,这类事件未来将无处遁形。
爱因斯坦预言的引力波,将成为未来观测双黑洞系统的有力工具。印度的塔塔基础研究院研究人员指出,通过探测小型黑洞释放的纳赫兹引力波,我们可以发现更多类似的双黑洞系统。随着脉冲星计时阵列技术的成熟,OJ 287星系的引力波也有望被探测到。
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因素,合并过程中会产生引力波。虽然这些引力波频率较低,难以被现有设备检测,但科学家们已经计划发射“激光干涉空间探测器”,专门用于探测黑洞合并事件。