(圖:Caltech/R. Hurt (IPAC))

愛因斯坦的廣義相對論(general relativity)預測了兩個超大質量的物體,如黑洞相撞時會產生時空間的波動——重力波(gravitational waves)。由於黑洞的超大質量會使空間扭曲,光線無法脫離,因此天文學家也認為該種相撞事件應該無法藉由電磁波訊號來偵測。

然而,在去年所偵測到的一起黑洞相撞事件中,天文學家自同一訊號產生處偵測到了電磁波訊號,其推論此訊號很有可能來自該相撞事件。該研究已發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

黑洞相撞

雷射干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory,簡稱 LIGO)與歐洲引力天文台(European Virgo)於去年 5/21 時偵測到了黑洞相撞產生的重力波訊號,該事件命名為 S190521g 。與此同時,加州理工學院的茲威基瞬變設施(Zwicky Transient Facility,簡稱 ZTF)也正在搜索所有在太空中發生的天體閃耀、爆發事件,而其在一超大質量黑洞(supermassive black hole)附近偵測到了一電波訊號—— J1249+3449,其來源區域恰好與 S190521g 相同。

該團隊推論,此電波訊號很有可能是 S190521g 的黑洞相撞事件產生的。加州理工學院的天文學教授,馬修·格雷厄姆(Matthew Graham)表示:「該電波訊號產生的時間與地點都與產生重力波的事件吻合。我們的研究推論,此訊號非常有可能來自該相撞事件,但仍有其他無法去除掉其他可能性存在」。

過程

格雷厄姆提出了一種可能性解釋為何黑洞相撞會產生電磁波訊號:該對相撞的黑洞恰好位於另一個更大質量黑洞的吸積盤區域(accretion disk)。來自紐約市立大學(City University of New York),且為該論文的共同作者,薩維克·福特(Saavik Ford)補充:「在超大質量黑洞的吸積盤區域中,流動的氣體會整合圍繞在周圍的黑洞,使其成對運轉」。而當互相運行的黑洞對慢慢接近、相撞合併後,新產生、質量較大的黑洞會朝隨機方向移動,擾動吸積盤高速流動中的氣體。參與該研究的巴里·麥克南表示就是此種高速擾動的事件產生了 ZTF 所偵測到的電磁波閃耀訊號。

其他可能性

雖團隊試圖取得更細微的光譜訊號,但由於在發現該訊號時已過數週的時間,訊號源已減弱至無法觀測了。然而,團隊表示其已藉由模型計算過濾掉了其他種可能的事件,包括超新星爆發(supernova)與黑洞撕裂行星的星潮汐破壞現象(tidal disruption event)。此外,藉由加州理工學院的即時瞬變巡天計畫(Real-Time Transient Survey),其能夠取得該黑洞過去十五年的活動資料,而其顯示該黑洞在 2019 五月時活動現象是正常的,因此也能去除掉一般黑洞活動的可能性。

該新產生的黑洞很有可能在未來幾年再次進入吸積盤區域,屆時 ZTF 很有可能能夠再次偵測到另一起類似的事件。如此一來便能更加瞭解此種罕見的天文現象。

參考資料:

  1. Black Hole Collision May Have Exploded with Light. (n.d.). Retrieved July 06, 2020. Caltech
  2. Bartels, M. (2020, June 29). Scientists spot flash of light from colliding black holes. But how? Retrieved July 06, 2020. LiveScience

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