雙黑洞

產生原因

雙黑洞系統被認為是兩個星系碰撞合併過程產生的。由於雙黑洞系統是星系合併的結果，所以這個發現能夠幫助科學家估計星系碰撞的頻率和星系碰撞後的活動規律。

科學家認為大多數星系，包括人類所處的銀河系，都會面臨星系碰撞的現象發生。大多數星系，包括我們所處的銀河系，其中心都有超大質量黑洞存在。當星系發生碰撞後，每個星系中心的這些超大質量黑洞將呈現出螺旋狀，朝向新形成的星系中心，而在兩個星系的碰撞過程中就會出現雙黑洞系統。

科學家表示，銀河系也無法避免“碰撞”的命運，銀河系在將來可能和鄰近的仙女星座發生碰撞，它們內部的兩個黑洞在碰撞後將可能形成雙黑洞系統。

如果銀河系和仙女星座發生碰撞，那么會發生什麼呢？天文學家通過記錄黑洞的相對運動來揭示雙黑洞系統運動的規律，希望解開星系碰撞後雙黑洞系統的運動過程。

科學家研究發現，雙黑洞系統在碰撞後可以同時進行吞噬的現象，而同時吞噬的後果就是聚集巨大的能量，使得雙黑洞系統漂移並逐步靠近，然後變成互相吸引的二元黑洞，最後兩個黑洞發生“碰撞”，最終形成一個單一的巨大的黑洞。

2015年9月2日，由國家天文台陸由俊、閆昌碩和美國俄克拉荷馬大學戴新宇、北京大學於清娟組成的研究團隊發現，在距離地球最近的類星體Markarian231中隱藏著超大質量雙黑洞。這是科學家首次用連續譜的特徵方法發現證據確鑿的雙黑洞。該項研究成果發表在國際期刊《天體物理雜誌》上。

陸由俊認為天文觀測表明絕大多數星系中心都存在超大質量黑洞。而大質量星系是由小質量星系合併形成的，星系合併就不可避免地產生超大質量雙黑洞。但實際上有關超大質量雙黑洞存在的證據十分稀少模糊，且存在爭議。

科研團隊分析了離地球最近的類星體Markarian231的連續譜，發現其具有“極端並且令人驚奇的性質”，正好可以用超大質量雙黑洞的相關理論來解釋。

“如果在該類星體中心只存在一個黑洞，那么由其附近熾熱氣體形成的吸積盤就會發射大量的紫外射線。但我們發現，觀測顯示來自盤中心的紫外輻射驟然減弱，這說明吸積盤中心可能是由兩個相互繞轉的超大質量黑洞構成，它們與吸積盤的相互作用會將吸積盤內區物質掃除殆盡，那么紫外輻射就會驟然減弱。”陸由俊說。

通過構建動力學模型並與觀測對比，研究團隊發現中心主黑洞的質量約為1．5億個太陽質量，而繞主黑洞旋轉的次黑洞的質量則有4百萬個太陽質量。它們的軌道周期為1．2年。雙黑洞的共同旋繞會發射引力波、損失能量，並最終在幾十萬年後碰撞。

陸由俊表示，這一發現為人類在宇宙中發現和確認更多雙黑洞系統指出了新方向。“宇宙中已有光譜測量的類星體20餘萬顆。通過對類星體光譜的系統研究很有可能會發現更多的雙黑洞系統。而尋找、確認雙黑洞對理解星系和類星體的形成演化，以及進一步研究引力波和基本引力理論都具有重要意義。”