在距離地球8億光年外，有兩個超大質量黑洞，相互間只保持著300光年的距離旋轉著，就好像兩個摔跤運動員在試探著對方的破綻。這是迄今天文學家發現離得最近的超大質量黑洞。

雙超大質量黑洞（活動星系核）的藝術想象畫 | 圖源：NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

這一幕是被“哈勃”空間望遠鏡和“錢德拉”X射線天文臺捕捉到的。它們身處一對正在碰撞的星系中（編號為MCG-03-34-64），源源不斷流入黑洞的氣體和塵埃為它們提供了燃料，使它們像活動星系核（AGN）一樣明亮地發光。宇宙空間極為廣袤，兩顆恒星很難碰撞，像太陽這樣的恒星與鄰居恒星發生碰撞的概率僅為一千萬分之一。而星系則不然，例如銀河系和仙女座星系，相距約250萬光年，這種距離下它們碰撞的概率只有1/20，事實上這兩個星系正在碰撞的歷史進程中?？茖W家們認為，在宇宙的早期，這種碰撞更為頻繁。

哈勃空間望遠鏡觀測到的星系MCG-03-34-064的可見光圖像 | 圖源：NASA, ESA, Anna Trindade Falc?o (CfA), Joseph DePasquale (STScI)

此前天文學家已經發現了幾十個雙超大質量黑洞，但它們分離的程度比MCG-03-34-64中發現的要大得多。天文學家用射電望遠鏡找到過一對比MCG-03-34-64更接近的雙黑洞，但在其他波長上沒有得到證實。而這次，一個偶然的機會，天文學家在哈勃望遠鏡的高分辨率照片中發現嵌套在宿主星系中的三個光學衍射峰，這表明在一個非常小的區域內有大量的電離氧。這種現象在其附近宇宙中并不常見，星系內一定還有別的東西。

哈勃望遠鏡在可見光波段觀測到的三個光斑 | 圖源：Anna Trindade Falc?o et al. 2024

錢德拉望遠鏡在X射線波段觀測到的兩個尖峰 | 圖源：Anna Trindade Falc?o et al. 2024

然后，另外一組團隊利用“錢德拉”在X射線下對同一星系進行了研究，結果看到了兩個分離的、強大的高能發射源，與“哈勃”所看到的明亮光斑一致！X射線往往由高溫所致，超大質量黑洞在吞噬物質的時候，吸積盤上就會釋放出X射線。為了驗證這一推測，研究人員還使用了位于美國新墨西哥州的央斯基甚大陣（Karl G. Jansky Very Large Array）的射電波段觀測數據，同樣看到了比較明顯的兩個峰。由此可以得出結論，我們很可能觀察到兩個距離很近的超大質量黑洞。

甚大陣（VLA）在對應位置發現兩個尖峰 | 圖源：Anna Trindade Falc?o et al. 2024

至于“哈勃”望遠鏡觀測到的第三個明亮的點是何來源，目前仍然存疑，還需要更多的數據來解釋。研究人員認為這可能某種氣體，受到來自其中一個黑洞的超高速等離子射流（stream）的沖擊。

天文學家推測，這兩個超大質量黑洞曾經都位于各自主星系的核心。當這兩個星系開始合并，兩個黑洞就相互靠近了。在相當長的一段時間中，它們盤旋在一起。現在，彼此間只剩300光年了——這對星系尺度而言已經是相當近了。未來，它們還將繼續接近，直到最終相撞并合——也許是在一億年后——以引力波的形式擾動時空。現在，我們還沒有探測這種級別引力波的能力。中國、歐洲都在研制空間引力波探測項目，10年后，或許我們就可以驗證兩個超大質量黑洞的時空之舞了。

參考資料

[1] Anna Trindade Falc?o et al. 2024 ApJ, 972: 185.
[2] https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-chandra-find-supermassive-black-hole-duo/