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我国科学家使用新方法发现证据确凿的双黑洞
【日期】:2016-9-18

    近日,由中科院国家天文台研究人员陆由俊、闫昌硕和美国俄克拉荷马大学戴新宇、北京大学于清娟组成的研究团队发现在距离地球最近的类星体Markarian 231中隐藏着超大质量双黑洞。此番首次用连续谱的特征方法发现的证据确凿的双黑洞,为人类在宇宙中发现和确认更多双黑洞系统指出了新方向,并对理解星系和类星体的形成演化以及进一步研究引力波和基本引力理论具有重要意义。该项研究成果已发表在国际期刊《天体物理杂志》上。

  去年底在中国热映的美国大片《星际迷航》中曾反复出现黑洞概念,陆由俊表示,他们此次研究中的黑洞概念和电影中的黑洞是一回事。“我们研究中的黑洞具体指的是存在于星系中心的质量很大的一类黑洞,即超大质量黑洞,质量相当于几百万甚至上百亿个太阳。”

  黑洞是广义相对论预言的宇宙空间内存在的一种奇异天体,在其视界内,即使光子也无法逃脱它的引力束缚。它完全不发射和反射任何电磁波,仪器和肉眼都无法直接观测到,但借由物体被吸入之前因高热而放出紫外线和X射线的边缘讯息,可以获取黑洞存在的讯息。科学家对黑洞的研究,是人类对茫茫宇宙进行探索的重要部分。

  “双黑洞是指相互绕转的两个黑洞组成的一个系统。一个类比就是像地球和月球这样的由两个天体组成在引力作用下相互绕转的一个系统,只不过组成双黑洞的两个天体都是黑洞。”陆由俊说。

  理论上,在标准冷暗物质宇宙模型中,星系合并就不可避免地产生超大质量双黑洞。但实际观测上,目前有关超大质量双黑洞存在的证据仍很模糊、稀少。

  研究团队分析了类星体Markarian 231的连续谱,发现该类星体中心不仅拥有黑洞,而且存在两个相互公转的黑洞,疯狂地旋转使得这个类星体显得更加活跃。

  陆由俊说:“我们在先前的有关双黑洞的研究中注意到双黑洞吸积盘系统的几何结构和光谱发射显著不同于单黑洞系统。也就是若在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一直延伸至黑洞附近,从而发射大量的紫外射线。但若中心存在两个相互绕转的黑洞,则它们与吸积盘的相互作用会将吸积盘内区物质扫除殆尽,那么紫外辐射就会骤然减弱。”

  根据动力学模型的评估,科学家们模拟了两个黑洞存在的类星体,发现这种情况符合在类星体Markarian 231所观测到的紫外辐射分布,展示了在类星体Markarian 231中心存在一个彼此非常接近的双黑洞系统。

  陆由俊告诉记者,寻找、证认双黑洞对理解星系和类星体的形成演化以及进一步研究引力波和基本引力理论都具有重要意义。尽管理论上预期在相当多的星系和类星体中心存在超大质量双黑洞,观测上有关双黑洞存在的证据仍很模糊、稀少。他们的这一发现不仅提供了在Markarian 231中存在密近超大质量双黑洞比较确凿的证据,而且也给出了利用类星体光学紫外连续谱辐射缺失这一新方法系统搜寻双黑洞的一个样板。

  “我们的发现很可能会改变当前双黑洞的研究和搜寻的方向。通过对类星体光谱的系统研究很有可能会发现大量的双黑洞系统,从而极大地推动对双黑洞系统与其环境相互作用的物理过程、双黑洞绕转辐射的引力波的探测等方面的研究。”陆由俊说。