兩個黑洞合併產生引力波。（圖片：©Shutterstock）
我們通常認為，黑洞會吞噬一切。這樣的“貔貅”會有朋友嗎？超大質量黑洞有朋友嗎？實際上，成對的超大質量黑洞在宇宙中應該很常見。
黑洞是一個有趣的系統，超大質量的黑洞和圍繞它們的密集恆星環境代表了我們宇宙中最極端的地方之一。
潛伏在銀河系中心的超大質量黑洞稱為Sgr A *，其質量約為太陽質量的400萬倍。黑洞的引力極強，以至於粒子或光都無法從中逃逸。Sgr A *周圍是密集的恆星簇。通過對這些恆星軌道的精確測量，天文學家確認這個超質量黑洞的存在並對其質量進行測量。20多年來，科學家一直在監視超大質量黑洞周圍這些恆星的軌道。根據觀測，Sgr A *如果有一個“小夥伴”，即存在第二個黑洞的話，其質量至少是太陽質量的100000倍。
銀河系中心有一個超大質量的黑洞，位於人馬座A區。它的質量約為太陽質量的400萬倍（來源：ESA–C。Carreaul
超大質量黑洞和夥伴們
幾乎每個星系，包括銀河系，其中心都有一個超大質量的黑洞，其質量是太陽質量的數百萬至數十億倍。天文學家仍在研究為什麼星系的中心位置經常會出現一個超大質量的黑洞。一個流行的觀點是，超大質量黑洞有“夥伴黑洞”。
要理解這個觀點需要追溯到大約1億年的宇宙時代，到第一個星系時代。它們比今天的星系小得多，比銀河系重約10000倍或更多。在早期星系中，首批死亡的恆星產生了黑洞，其質量約為太陽的數萬至上千。這些黑洞墜入宿主星系的中心。由於星系是通過相互融合和碰撞而演化的，所以星系之間的碰撞將導致“超大質量黑洞對”。然後黑洞會碰撞並增大。多大算超大質量呢？舉個例子，超過我們的孩子質量一百萬倍的黑洞就可以稱為超大質量。
如果確實超大質量黑洞有一個夥伴繞著它繞著公轉，那麼銀河系的中心就鎖定在複雜的“舞蹈”中。夥伴黑洞的引力還將作用於其附近的恆星，擾亂他們的軌道。兩個超大質量黑洞相互環繞，同時每個黑洞都對周圍的恆星施加自己的吸引力。
黑洞的引力干擾這些恆星並改變他們的軌道。也就是說，在繞“超大質量黑洞對”旋轉一圈之後，一顆恆星將不會精確地回到其初始位置。
利用我們對可能的超大質量黑洞對與周圍恆星之間引力相互作用的理解，天文學家可以預測恆星將發生什麼。如將預測結果與觀測結果進行比較，可以確定恆星的可能軌道，並找出超大質量黑洞是否具有正在施加引力影響的夥伴黑洞。
通過仔細研究的一顆叫做S0-2的恆星，它每16年繞銀河系中心的超大質量黑洞轉一圈，可以排除質量超過太陽100000倍、比日地距離遠200以上的第二個超大質量黑洞的存在可能性。因為如果有這樣的黑洞，天文學家就會發現它對S0-2恆星軌道的影響。
但這並不意味著銀河系中心不存在較小的夥伴黑洞。可能它對SO-2的軌道引力作用很小，人類無法輕易測量到其影響。
超大質量黑洞的物理學
M87星系中心的超大質量黑洞——黑洞的首幅圖像（圖片提供：Event Horizon Telescope Collaboration）
超大質量黑洞最近引起了很多關注。特別的，在M87星系中心出現這樣一個超大質量黑洞的圖像，為人類理解黑洞背後的物理機制打開了一個新的窗口。
銀河系中心大約24000光年的位置為解決超大質量黑洞的基礎物理問題提供了一個獨特的實驗室。對於瞭解黑洞對星系中心區域的影響以及它們在星系形成和演化中的作用具有重要作用。在銀河系中心發現的一對超大質量黑洞表明，在過去的某個時候，銀河系與另一個可能很小的星系合併了。
通過監視周圍的恆星並不能得到所有結論。通過觀測恆星S0-2，科學家能夠對愛因斯坦廣義相對論進行獨特的測試。2018年5月，S0-2越過了超大質量黑洞，其距離僅為地球與太陽距離的130倍。根據愛因斯坦的理論，當恆星從超大質量黑洞的深引力阱中爬出來時，它發出的光的波長應該會變長。
通過觀測，愛因斯坦預測的波長邊長（使恆星顯得更紅）被檢測到了，證明了廣義相對論準確地描述了 這個極端引力區內的物理學。16年後，第二次接近S0-2將第二次可以通過這種方法用於檢驗愛因斯坦對廣義相對論的更多預測，包括恆星拉長軌道方向的變化。但是，如果超大質量黑洞有夥伴，就可能會改變預期結果。
如果銀河系中心有兩個巨大的黑洞互相繞行，它們將發出引力波。自2015年以來，LIGO-Virgo天文臺一直在探測恆星質量的黑洞和中子星產生的引力波。這些突破性的發現為科學家探測宇宙開闢了一條新途徑。
假設的黑洞對發出的任何波都將處於低頻，低到連LIGO-Virgo探測器也無法探測。但是一個計劃中天基探測器——可能能夠探測到這些波，幫助天體物理學家弄清楚我們銀河系中心的黑洞是單身一個還是有“夥伴”陪伴。
