类星体中“共舞”的双黑洞
来源:中国气象报   发布时间:2015-09-14
分享到:0

  中国气象报通讯员牛彦元

  作为宇宙中最简单最优美的天体,神秘的黑洞一直吸引着科学家与大众的关注。近日,由中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授陆由俊率领的研究团队首次使用连续谱的特征方法,发现在著名的类星体Markarian 231中隐藏着超大质量的双黑洞“共舞”现象。该项研究成果已经发表在国际权威期刊《天体物理》杂志上。那么,为何出现双黑洞“共舞”的现象?双黑洞的发现又有何重要意义?

  双黑洞“共舞”有缘由

  黑洞,顾名思义就是人们无法看见它。所有的光子在黑洞面前都会被“吃掉”。“黑洞的密度很大,引力特别强,通过不断‘吃东西’,长到几百万个太阳的质量,甚至上百亿个太阳的质量,最终成为超大质量的黑洞。”陆由俊指出,实际上,通过观测,科学家发现绝大多数的星系中心都存在着超大质量的黑洞。

  在标准冷暗物质宇宙模型中,大质量星系是由小质量星系合并形成的,星系合并就不可避免地产生超大质量双黑洞。“当两个星系碰到一起后,黑洞就会往星系中心跑,质量小的黑洞就会围绕质量大的黑洞公转,并最终形成双黑洞。当然,黑洞在公转过程中会损失能量和角动量,但是最后,两个黑洞还是会合并在一起。在很长的一段时间内,它们是以双黑洞的形态呈现的。”

  天体物理中的黑洞实际上只用质量和自旋速度这两个量就可以描述。从这个角度来看,它是最简单的天体。但是,黑洞强大的潮汐力会撕裂接近它的任何物体。同时,在黑洞边缘,时间会发生膨胀。“就比如有人掉进黑洞之中。”陆由俊说,“你看着他好像一直静止地漂浮在黑洞边缘,但实际上,在他自己看来他已经以很快的速度掉入黑洞中了。在黑洞内部,其实是可以看到外面的。这是因为黑洞外面的光子可以进入人的眼睛。”

  电影《星际穿越》中通过虫洞穿越时空的情节让人印象深刻。“从数学上来说,这是有可能的。如果跨越视界,时空反转,我们就可以通过黑洞,经过虫洞穿越到达白洞。这是科幻电影中常常出现的情景。”陆由俊表示,“但实际上,目前在物理现实中虫洞或白洞究竟是否存在还没有准确的说法,也没有关于这方面的具体观测。一切都还只是设想。”

  那么,三个黑洞星系并在一起会产生怎样的现象呢?陆由俊称:“三个星系并在一起,就像是黑洞之间的‘三角关系’,是极其不稳定的一种状态。这时,会发生紊乱的相互作用,有可能三个中的一个被‘踢’走,也有可能被吞掉。三个黑洞的状态目前科学家也还没有发现。”

  观测到双黑洞意义重大

  在理论假设中,科学家认为在相当多的类星体中存在超大质量的双黑洞,然而在实际观测中这方面的证据仍很稀少。“假如把蛋清儿比作星系,那么蛋黄儿就是黑洞。想从这些鸡蛋里挑个双黄儿的出来,还是难度挺大的。”陆由俊笑称。

  如果在该类星体中心只存在一个黑洞,那么由其附近炽热气体形成的吸积盘就会发射大量的紫外射线。如果有两个黑洞,围绕在主黑洞外的黑洞就会把主黑洞周围的气体物质“吃光”,导致吸积盘中心的紫外辐射骤然减弱。陆由俊及其研究团队运用这一原理,为吸积盘上存在着一个巨大的绕中心黑洞旋转的面包圈洞结构提供了有力的观测证据。基于动力学模型,对此最好的解释就是,吸积盘中心是由两个相互旋转的超大质量黑洞构成的。

  类星体Markarian 231中心主黑洞的质量约为1.5亿个太阳质量,而在圈洞内绕主黑洞旋转的次黑洞的质量则有400万个太阳的质量,次黑洞携带有一个小吸积盘并发射紫外辐射,它们的轨道周期为1.2年。双黑洞的公转周期较短,这为科学家的观测和研究提供了便利条件。

  “我们用新的方法发现了证据比较确切的双黑洞,并开辟了当前双黑洞的研究和搜寻的新方向,可以验证星系的形成。在双黑洞旋转过程中产生的引力波辐射,能够导致时空的拉伸或收缩。如果我们能够探测到引力波,这将是对爱因斯坦相对论的终极检验。”陆由俊说。

(来源:《中国气象报》2015年9月14日三版 责任编辑:王若嘉)

相关新闻