黑洞碰撞示意圖(圖:MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images)

日前,天文學家於距地球 10 億光年,由三個星系合併的系統「SDSS J084905.51+111447.2」中,發現有三個超大質量黑洞正發生罕見的碰撞。美國喬治梅森大學(George Mason University)研究員瑞安·菲佛(Ryan Pfeifle)表示:「當時我們只是在尋找兩兩成對的黑洞對,但我們使用的篩選技術卻讓我們找到了這個令人驚嘆的系統。」

觀測過程

研究人員先從新墨西哥州的史隆數位巡天望遠鏡(Sloan Digital Sky Survey)收集到的數據中,分析來自 SDSS J084905.51+111447.2 的可見光,並由全民科學計畫「星系動物園」(Galaxy Zoo)的成員協助標記出這是由正在發生的星系合併所產生的系統。接著研究人員從美國太空總署(NASA)的廣域紅外線巡天衛星(Wide-field Infrared Survey Explorer)收集到的數據,發現了此系統射散出的紅外線輻射量高於一個超大質量黑洞在吸收物質時會產生的量。

進一步以 NASA 錢卓拉 X 光天文台(Chandra X-ray Observatory)觀測此系統的 X 光輻射後,團隊發現在各個星系的中心皆有相當強的 X 光源存在,表示有黑洞正在吞噬物質的跡象。經由大雙筒望遠鏡(Large Binocular Telescope)驗證後,證實了三個星系中心的超大質量黑洞皆處於活動的狀態。

SDSS J084905.51+111447.2 系統(圖: X-ray: NASA/CXC/George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; Optical: SDSS & NASA/STScI)

黑洞相撞過程

研究成員指出,每個黑洞之間的距離大約在 10,000 – 30,000 光年,由於這些黑洞正隨著星系間的合併在靠近彼此,其距離也將持續縮短。雖然雷射干涉引力波天文台(LIGO)已偵測到許多黑洞相撞所產生的重力波訊號,但團隊表示由三黑洞系統的相撞過程有可能與先前觀測的不同,例如加速合併速度等等。

不過,由於美國的 LIGO 與歐洲的處女座干涉儀(Virgo)目前鎖定的頻率是針對較小型黑洞,因此兩皆無法觀測到超大質量黑洞相撞所產生的重力波。

最終秒差距問題

錢卓拉天文台的團隊也在聲明中表示,此系統有可能是天文學家解開最終秒差距問題(final parsec problem)的希望。此問題是,當兩個星系逐漸相撞時,其中心的超大質量黑洞也會開始靠近,而根據理論顯示兩個黑洞間的距離會在 1 秒差距(約3.2光年)後,就無法再縮短距離。

參考資料:

  1. Wall, M. (2019, September 26). Rare Discovery! 3 Monster Black Holes Are About to Collide.  Space
  2. Pfeifle, R., et al., (2019, August 5). A Triple AGN in a Mid-Infrared Selected Late Stage Galaxy Merger. The Astrophysical Journal.
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