天文学家发现了一个与三个超大质量黑洞合并的星系

天文学家发现了一个与三个超大质量黑洞合并的星系

我们在夜空中看到的无数星系中,NGC 6240一直以其独特的形状和不寻常的红外亮度而引人注目。它被认为是两个星系碰撞的结果,直到现在。早在1983年,天文学家就报道了一个双活动核的证据——两个活动的超大质量黑洞位于NGC6240的中心。现在,研究人员首次发现了第三个超大质量黑洞的证据。

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我们在夜空中看到的无数星系中,NGC 6240一直以其独特的形状和不寻常的红外亮度而引人注目。它被认为是两个星系碰撞的结果,直到现在。早在1983年,天文学家就报道了一个双活动核的证据——两个活动的超大质量黑洞位于NGC6240的中心。现在,研究人员首次发现了第三个超大质量黑洞的证据。

这一新发现表明,不是两个,而是三个星系正在合并,每个都把自己的超大质量黑洞星系核带到了中心,德国哥廷根大学的天体物理学家Wolfram Kollatschny解释说:“通过我们极高的空间分辨率的观测,我们能够证明,相互作用的星系系统NGC 6240在其中心不是如先前设想的那样两个,而是三个超大质量黑洞。”

自1983年以来,对该星系进行了大量的研究,证实在NGC 6240的中心发现了两个活跃的星系核,而NGC 6240位于3亿光年远的地方。然而,由于超大质量黑洞距离如此之近,它们在明亮中心内的确切位置仍然难以捉摸,Kollatschny和他的团队使用安装在欧洲南方天文台位于智利的8米甚大望远镜上的MUSE 3D光谱仪对银河系进行高分辨率光谱观测。

这些图像显示了NGC 6240中心的三个节点-一个北部组件和两个南部组件,然而,新的发现并不意味着先前的研究是错误的,新的证据表明,只有两个黑洞在积极吸物质,第三个黑洞处于休眠状态。每一个超大质量黑洞的时钟都是太阳质量的9000多万倍(银河系的超大质量黑洞,射手座A,是400万太阳质量),这三颗行星都被锁定在一个轨道上,轨道的宽度不到1千帕(3260光年),彼此缓慢地向内旋转。两个南部黑洞之间的距离只有198帕西(645光年)。

three-black-holes.jpg

(Kollat​​schny et al。,A&A,2019)

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的天体物理学家彼得·魏尔巴赫说:“迄今为止,宇宙中从未发现过如此集中的三个超大质量黑洞。”。
“本文提供了三个星系及其中心黑洞同时合并过程的证据。”

今年早些时候,又发现了一个三重合并,在一个名为SDSSJ084905.51+111447.2的星系的中心,有三个超大质量黑洞在激发过程中;但是这个系统在每一对黑洞之间有大约10千帕的分离,NGC 6240中心的黑洞彼此更为接近,这意味着NGC 6240正处于合并的后期阶段,这一过程需要10多亿年的时间。

这个更高级的阶段也意味着星系更接近所谓的最终秒差距问题。

正如我们先前所报道的,根据理论模型,两个合并星系的黑洞被无情地结合在一起,将它们的轨道能量转移到周围的气体和恒星上,从而在一个越来越紧密的螺旋轨道上运行。

我们知道恒星质量的黑洞最终会聚集在一起形成一个单一的物体。对于超大质量黑洞,有一个理论问题。当它们的轨道收缩时,它们能向其传递能量的空间区域也会收缩。当它们相距一个秒差距(约3.2光年)时,理论上这一空间区域不再大到足以支持进一步的轨道衰变,因此它们保持在一个稳定的双星轨道上——可能长达数十亿年,这种平衡被称为“最终秒差距问题”。

三次合并可能是解决这个问题的一个办法,因为第三个黑洞可以提供物体所需的额外能量来缩小最后的差距。当然,NGC 6240中心的黑洞不会很快接近最终的秒差距——它可能需要10亿年或20亿年的时间,甚至谁知道人类是否会在这一点上存在。

但黑洞预计会产生引力波。我们还不能检测到它们,但是通过研究这样的系统,我们也许能够找出如何用未来的工具检测它们,并找出在最后一次解析时发生了什么。

这项研究已发表在天文学和天体物理学上。

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