天文學家發現了兩個超大質量黑洞正處於碰撞邊緣
自宇宙大霹靂 (Big Bang) 以來，天文學家一直期待發現其他巨大的天體活動，讓我們能獲得更多關於宇宙奧妙的線索。
最近，天文學家們發現了一個名為 J0749+2255 的星系，它實際上是由兩個星系合併成的，而且它保有兩個活躍的超大質量黑洞。正好這兩個黑洞正處於碰撞過程中，相隔的距離相對較小（以宇宙來說），只有 10,000 光年。
這不是我們第一次看到即將發生的超大質量黑洞碰撞，但 J0749+2255 是一個特別罕見的星系。它被發現出現在宇宙的早期階段，這兩個黑洞都是極其活躍的類星體。
這個發現可以幫助科學家研究超大質量黑洞如何成長為如此巨大的大小的謎題。
伊利諾大學厄巴納-香檳分校的天文學家 Yu-Ching Chen 說：「我們在宇宙的這個早期階段沒有看到很多雙類星體。這就是為什麼這個發現如此令人興奮。」
類星體是宇宙中最亮的天體之一。它們包含一個活躍的星系核，也就是星系的中心擁有一個超大質量黑洞，正在積極吞噬周圍大量物質。
黑洞本身是不發出我們目前可以探測到的光。但是圍繞黑洞旋轉的大量物質會被極端的摩擦和引力加熱，因此它不僅僅是發光，而是在時空的廣闊黑暗鴻溝中燃燒。
許多早期的宇宙星系都是類星體星系，在鄰近宇宙中的一些星系的中心也有兩個甚至三個類星體。類星體星系誕生在星系碰撞和合併時，每個星系都有自己的超大質量黑洞。這兩個黑洞相互墜落，最終，我們認為它們合併形成一個更大的超大質量黑洞。
然而在早期宇宙中，這些合併更難發現。來自 J0749+2255 的光經過了 100 多億年才到達我們這裡，與那些離我們更近的天體相比，我們所能看到的星系是非常小且暗淡的。在這個距離上，被引力束縛在一起的超大質量黑洞之間的空間通常太小，我們目前的儀器尚無法看到。
天文學家們從蓋亞望遠鏡探測到來自 J0749+2255 光線的微弱變化發現，這個星系可能正在發生什麼特殊的變化……但有多種可能的原因，而合併成雙類星體就是其中之一。該團隊必須更深入地挖掘才能找出真正發生的事情。
伊利諾大學的天文學家 Yue Shen 說：「確認過程並不容易，我們需要利用一個涵蓋從 X 射線到射電波光譜的望遠鏡組合，才能最終確認這個系統確實是一對類星體，而不是，比如說兩個引力凝聚類星體的圖像。」
而 J0749+2255 比較特別。由於這兩個黑洞都是類星體，因此它們的亮度足以讓人區分。而且它們的距離不夠接近，還不足以成為受引力束縛的雙星，這意味著它們有足夠的間隔實現單獨分辨。
Yu-Ching Chen 和他的同事利用一系列地面和太空望遠鏡的觀測結果，分析了 J0749+2255 發出的光。他們確定，這兩個黑洞可能會在大約 2.2 億年後演變成受引力束縛的緊密雙星。這個雙星的衰變軌道最終將導致碰撞，並合併成一個更大質量的黑洞。
（他們現在可能已經相撞了，但這一事件在此時此刻對我們來說毫無意義，因為宇宙間的距離太過遙遠，這也是為什麼天文學家會用它像是現在正在發生的情況，做出這樣的預測。）
研究人員還發現，這兩個黑洞的質量是相對的，分別約為 12.6 億太陽質量 (solar masses) 和 15.8 億太陽質量。這些發現可以告訴我們一些關於早期宇宙中雙超大質量黑洞的發生比率——這將有助於天文學家了解最近黑洞的演化，這些黑洞的質量可能達到數十億個太陽質量。
雖然目前還有很多東西需要發掘，但 J0749+2255 代表了我們正向前邁出的重要一步。
伊利諾大學香檳分校的天文學家 Xin Liu ：「我們開始揭開早期宇宙雙類星體群的冰山一角。這是這項研究的獨特之處。它實際上告訴了我們這個群體是存在的，而且現在我們也有方法來識別相距小於單個星系大小的雙類星體。」
該研究已發表在《自然 Nature 》雜誌上。
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資料來源：
- Starr, M. (17 April 2023). Astronomers Just Spotted 2 Supermassive Black Holes on The Brink of an Epic Collision. ScienceAlert
- Chen, Y. C., Liu, X., Foord, A., Shen, Y., Oguri, M., Chen, N., Matteo, T., Holgado, M., Hwang, H. C., & Zakamska, N. (2023). A close quasar pair in a disk–disk galaxy merger at z = 2.17. Nature
- 圖片來源：https://hubblesite.org/contents/media/images/2023/002/01GWQ9MV06BGF05SJXY25FGQYJ?news=true (NASA, ESA, Joseph Olmsted/STScI)
