10.01 天文學家發現“三體”黑洞系統

SDSS J084905.51+111447.2的多望遠鏡綜合影像。NASA / CXC / 喬治梅森大學 / R. Pfeifle / SDSS / STScI

在距離地球大約10億光年遠的宇宙空間中，天文學家發現了一個罕見的“三體”黑洞系統。這個名為SDSS J084905.51+111447.2的系統由三個分處三個星系中心的超大質量黑洞組成。這些星系正處於融合的過程中，而這三個黑洞也將在將來某個時刻發生合併。

來自弗吉尼亞喬治梅森大學的科學家Ryan Pfeifle在聲明中表示，他們在尋找“雙黑洞”的過程中無意間發現了這個“三體”黑洞系統。他們表示，他們掌握的證據，是有史以來人們發現的“三體”活躍超大質量黑洞系統中可信度最高的。

NASA最新公佈的黑洞模擬動畫，據信能夠根據迄今為止人類對黑洞的所有了解，最大程度地還原黑洞近旁的真實景象。NASA

在發現和觀測的過程中，天文學家藉助了多種設備。其最初的光學蹤跡由“斯隆數字化巡天望遠鏡”（SDSS）獲得，在民間科學項目“星系動物園”的幫助下，人們確認它是一組處於融合過程中的星系。

隨後，“廣域紅外巡天探測器”（WISE）、“錢德拉X射線太空望遠鏡”等分別進行了紅外和X射線數據收集。確認那裡存在不止一個超大質量黑洞，且有大量的氣體和塵埃被消耗——而這正是黑洞“進食”的跡象。

“核子分光望遠鏡陣列探測器”（NuSTAR）也在其中一個超大質量黑洞身上發現了有氣體和塵埃正在環繞其運行的跡象。最終“斯隆巡天望遠鏡”和“大型雙筒望遠鏡”進一步確認所有這三個黑洞均為活躍黑洞。

據粗略估算，目前觀測所見的這三個黑洞彼此之間相距在1萬光年至3萬光年之間。而未來這個距離會進一步縮小，因為它們正在彼此靠近。

天文學家對於黑洞的合併已有所瞭解。LIGO引力波天文臺已經探測到了許多黑洞合併事件。但是“三體”黑洞系統的合併與傳統意義上的黑洞合併事件有所不同。

在由三個黑洞組成的天體系統中，由於有第三者的存在，前兩者的合併速度會快得多。理論上，兩個非常靠近的超大質量黑洞在合併過程中會遇到所謂的”最終秒差距問題“，當它們之間的距離接近到只有幾個光年時，富餘的軌道動能會阻止它們進一步靠近。而假如附近存在第三個黑洞，它們就比較容易發生合併。

不幸的是，無論是LIGO還是Virgo引力波天文臺，目前都無法探測到超大質量黑洞合併產生的引力波。超大質量黑洞合併產生的引力波頻率不在LIGO和Virgo的探測範圍之內，這兩個天文臺只能偵測到較小的恆星級黑洞合併事件。

參考：

A Triple AGN in a Mid-Infrared Selected Late Stage Galaxy Merger

https://arxiv.org/abs/1908.01732