在一个著名的双星系统中首次发现次级超大质量黑洞

发表于 2025-11-03 01:51:41 来源：苦尽甘来网

OJ287作为二元黑洞系统的艺术插图。1.5亿个太阳质量的双星次级黑洞围绕180亿个太阳质量的初级黑洞运动。一个气体盘围绕着后者。系统现次次级黑洞被迫在其12年的中首轨道上撞击吸积盘两次。撞击产生了蓝色闪光，大质洞于2022年2月被探测到。量黑此外，个著撞击还导致次级黑洞提前几周发出明亮的双星辐射爆发，这些爆发也作为次级黑洞的系统现次直接信号被检测到。信用:AAS 2018
（神秘的中首地球uux.cn）据图尔库大学：质量是太阳几十亿倍的超大质量黑洞存在于活跃星系的中心。天文学家观察到它们是大质洞明亮的星系核心，星系的量黑超大质量黑洞从一个叫做吸积盘的猛烈漩涡中吞噬物质。一些物质被挤压成强大的个著喷射流。这一过程使得银河系核心在整个电磁频谱上发出明亮的双星光。
在最近的系统现次一项研究中，天文学家通过与物质吸积到两个黑洞相关的喷流发出的信号，发现了两个超大质量黑洞相互环绕的证据。这个星系，或者技术上称为类星体，被命名为OJ287，它作为一个二元黑洞系统得到了最彻底的研究和最好的理解。天空中，黑洞靠得如此之近，以至于它们合并成了一个点。通过检测它发出的两种不同类型的信号，这个点实际上由两个黑洞组成的事实变得很明显。这一结果已经发表在皇家天文学会的月刊上。
活跃星系OJ 287位于巨蟹座方向，距离约50亿光年，自1888年以来一直被天文学家观测到。早在40多年前，图尔库大学的天文学家艾沫·西兰帕和他的同事们就注意到，它的发射有一个显著的模式，有两个周期，一个约为12年，较长的约为55年。他们认为这两个周期是由两个黑洞围绕彼此的轨道运动造成的。较短的周期是轨道周期，较长的周期是轨道方向缓慢演变的结果。
当次级黑洞以比光速稍慢的速度有规律地穿过主黑洞的吸积盘时，就会出现一系列耀斑，从而揭示轨道运动。次级黑洞的这种投入加热了圆盘物质，热气以膨胀气泡的形式释放出来。这些热气泡需要几个月的时间来冷却，同时它们辐射并产生闪光——耀斑——持续大约两周，比一万亿颗恒星还要亮。
经过几十年的努力来估计次级黑洞穿过吸积盘的时间，芬兰图尔库大学的天文学家在Mauri Valtonen和他的合作者印度孟买塔塔基础研究所的Achamveedu Gopakumar等人的领导下，能够模拟轨道并准确预测这些耀斑何时发生。
1983年、1994年、1995年、2005年、2007年、2015年和2019年成功的观测活动使该团队能够观测到预测的耀斑，并证实了OJ 287中存在超大质量黑洞对。
“现在预测的耀斑总数为26个，几乎所有的都被观测到了。这对黑洞中较大的黑洞重量超过我们太阳质量的180亿倍，而伴星大约轻100倍，它们的轨道是长方形的，而不是圆形的，”Achamveedu Gopakumar教授说。
尽管做了这些努力，天文学家还是没能观察到来自较小黑洞的直接信号。在2021年之前，它的存在只能从耀斑和它使较大黑洞的喷流摆动的方式中间接推断出来。
“这两个黑洞在天空中离得如此之近，以至于人们无法单独看到它们，它们在我们的望远镜中合并成了一个点。只有当我们清楚地看到来自每个黑洞的独立信号时，我们才能说我们实际上已经‘看到’了它们，”主要作者Mauri Valtonen教授说。
首次直接观察到较小的黑洞
令人兴奋的是，2021/2022年对OJ 287的观测活动使用了大量各种类型的望远镜，使研究人员首次获得了次级黑洞穿过吸积盘的观测结果，以及较小黑洞本身发出的信号。
“2021/2022年期间在OJ287的研究中具有特殊的意义。早些时候，有人预测，在此期间，次级黑洞将穿过它更大质量的同伴的吸积盘。Mauri Valtonen教授说:“预计撞击后会产生非常蓝的闪光，在预计时间的几天内，捷克技术大学和捷克天文研究所的Martin Jelinek和他的同事确实观察到了这种现象。
然而，有两个大惊喜——以前没有探测到的新型耀斑。波兰克拉科夫雅盖隆大学的斯塔泽克·佐拉在一次详细的观测活动中首次看到了它们，这是有充分理由的。佐拉和他的团队观察到一个大耀斑，产生的光比整个星系多100倍，并且只持续了一天。
“根据估计，耀斑发生在较小的黑洞在其陷入过程中接受了大量新气体后不久。是吞咽的过程导致OJ287突然变亮。人们认为这个过程增强了从OJ 287的较小黑洞射出的喷流的能量。瓦尔托宁解释说:“像这样的事件在十年前就被预测到了，但直到现在还没有得到证实。”。
第二个意想不到的信号来自伽马射线，它是由美国宇航局的费米望远镜观测到的。OJ287六年来最大的伽马射线耀斑发生在较小的黑洞穿过主黑洞的气体盘时。较小黑洞的喷流与圆盘气体相互作用，这种相互作用导致伽马射线的产生。为了证实这一想法，研究人员证实了类似的伽马射线耀斑已经在2013年发生过，当时小黑洞上次穿过气体盘，从相同的观察方向看。
“那么一日爆呢，为什么我们之前没有看到？OJ287从1888年开始被记录在照片中，并从1970年开始被广泛关注。事实证明，我们只是运气不好。没有人在OJ287进行一夜特技表演的那几个晚上观察到它。如果没有佐拉小组的严密监视，我们这次也可能会错过，”瓦尔托宁说。
这些努力使得OJ 287成为超大质量黑洞对的最佳候选，这种黑洞对正在以纳米赫兹的频率发送引力波。此外，事件视界望远镜(EHT)和全球mm-VLBI阵列(GMVA)联盟正在对OJ 287进行例行监测，以探索在其中心存在超大质量黑洞对的更多证据，特别是试图获得二次喷流的无线电图像。

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