黑洞合并可能引起的耀斑

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2019年5月21日,来自LIGO/Virgo合作项目的引力波探测器捕捉到两个黑洞合并的可能信号,据一个天文小组说,这一候选事件还有待证实,可能与遥远的类星体的亮化或燃烧有关,基于这种关联,研究小组声称黑洞合并发生在类星体周围的气体盘内,研究人员预测合并后的物体,据推测是一个质量约为太阳150倍的黑洞,将在大约一年左右的时间内重新坠入这个圆盘,产生第二次耀斑。

Caltech/R. Hurt (IPAC) 华丽的相遇。在这幅图中,一对黑洞驻留在一个超大质量黑洞的气体盘中。根据一种模型,这两颗恒星的结合产生了引力波,随后出现了明亮的耀斑,该模型解释了观测到的类星体的亮度,以及去年可能出现的引力波信号。

2019年5月21日,来自LIGO/Virgo合作项目的引力波探测器捕捉到两个黑洞合并的可能信号,据一个天文小组说,这一候选事件还有待证实,可能与遥远的类星体的亮化或燃烧有关,基于这种关联,研究小组声称黑洞合并发生在类星体周围的气体盘内,研究人员预测合并后的物体,据推测是一个质量约为太阳150倍的黑洞,将在大约一年左右的时间内重新坠入这个圆盘,产生第二次耀斑。

大型合并事件可以产生电磁辐射,2017年许多天文台观测到的中子星合并就是证明(见观点:中子星合并的所见所闻)。然而,黑洞被认为是在恒星墓地中合并的,那里几乎没有能够加热和发光的气体或尘埃。来自帕萨迪纳加州理工学院的马修·格雷厄姆说:“人们一直期望不会有电磁信号”与这次合并产生的引力波信号相对应。

但是Graham和他的同事们一直在研究另一种模型,在这种模型中,黑洞合并发生在类星体[1]更为拥挤的环境中。[1]是一种明亮的物体,其动力来自一个质量为太阳几百万到几十亿倍的超大质量黑洞。类星体的光来自一个充满热气体和其他物质的吸积盘,这些物质旋转进入黑洞。如果两个恒星大小的黑洞在这个圆盘内合并,它们会搅动气体,导致类星体短暂变亮。

为了验证这一假设,研究小组查阅了来自位于加州的Zwicky瞬变设备(ZTF)的档案数据,该设备可以识别天空中可见波长内亮度迅速变化的物体。他们比较了ZTF目录和LIGO/Virgo在2019年合作发出的21个警报。每一个这样的警告都向天文学家通告了一个潜在的引力波信号,包括源的近似坐标。通过他们的分析,Graham和他的同事们发现了一个类星体耀斑,它出现在5月21日候选合并的天空区域,但延迟了35天。众所周知,类星体的亮度是不同的,但该团队表明,观察到的燃烧与过去在这个特定类星体的发射中看到的变化不一致。Graham和他的同事们还排除了其他可能的解释,比如超新星爆发。

该小组的模型解释说,这种亮化现象是类星体吸积盘内的两个黑洞的合并。根据这个模型,由此产生的黑洞以高速从碰撞中迸射出来,产生了一个激波前沿,加热了其路径上的气体。相对于引力波信号,耀斑被延迟了几个星期,因为光在不透明的圆盘中被散射而变慢了。在某一时刻,快速移动的黑洞脱离了盘状物,这就解释了为什么耀斑在大约40天后结束。研究人员预测,黑洞将围绕类星体中心的超大质量黑洞旋转,并在合并后大约1.6年的时间内撞回圆盘。这样的撞击会重新点燃火焰,这就是为什么格雷厄姆和他的公司计划在接下来的几年里一直盯着这个类星体。

LIGO/Virgo的合作还没有确认他们探测到的事件类型。但格雷厄姆和他的同事估计,如果这是一次合并,合并后的黑洞的质量约为150个太阳质量,这将是迄今为止记录的最大质量。如此大规模的合并表明,在这两个黑洞最近一次相遇之前,之前的多次合并事件已经形成了这两个黑洞。这种累积的形成可能发生在类星体盘上,在那里许多黑洞可能被集中(见焦点:黑洞装配线)。

纽约哥伦比亚大学的天体物理学家佐尔坦·海曼表示,如果能得到证实,这一结果将非常重要。他说,仍有一些不确定因素,比如黑洞合并是否能在“将附近的气体吹成碎片”之前产生明亮的耀斑。但是,如果类星体像预测的那样在一年左右的时间内再次爆发,海曼将对这个模型更有信心。

美国威斯康辛-密尔沃基大学的LIGO科学合作发言人帕特里克·布拉迪说:“这个结果表明,未来将有一个令人兴奋的(对类星体的)观测计划,它将跟踪引力波候选者。”他期待随着合并检测率的增加,更多的电磁对应物检测。

这项研究发表在《物理评论快报》上。

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