碰撞中的黑洞可能隐藏在超亮类星体的光芒中

　　一项模拟显示了黑洞合并如何在类星体周围的环境中进行，主图像代表了黑洞碰撞前的时刻。(图片来源:Connar Rowan等人)

　　据美国太空网（罗伯特·李）：根据一项新的研究，恒星质量的黑洞之间的碰撞可能发生在它们更大的同类周围创造的暴力环境中。

　　超大质量黑洞存在于大多数星系的中心，其质量可以增长到太阳的数百万甚至数十亿倍。其中一些被气体和尘埃盘包围，这些气体和尘埃被加热到极高的温度，导致它们发出明亮的光。虽然这些物质中的一部分被输送到盛宴般的中心超大质量黑洞，但其他物质被强大的磁场引导到黑洞的两极，在那里以接近光速喷出，也产生强大的光辐射。

　　这些喂养超大质量黑洞被称为类星体。它们可能如此明亮，以至于比所在星系中所有恒星的总和还要亮。但新的研究表明，类星体所在的活动星系核(AGN)可能隐藏着其他小型黑洞，质量是太阳的3到10倍，它们通过碰撞和合并而增长。

　　事实上，类星体及其环境本身实际上可能正在推动较小黑洞之间的合并过程，这可以在地球上通过它们创造的时空结构中的波纹(称为引力波)来检测。

　　这是一个科学家小组的结论，其中包括牛津大学物理学研究生Connar Rowan，他创建了一个复杂的计算机模拟，以模拟恒星质量黑洞和超大质量黑洞周围气体盘之间的复杂相互作用。

　　“这些模拟解决了两个主要问题:气体能否催化黑洞双星的形成，如果可以，它们最终能否靠得更近并合并？”罗文在一份声明中说。“对于这个解释观测到的引力波信号来源的过程，两个答案都需要是肯定的。”

　　超大质量黑洞的老大哥们会是个累赘

　　研究小组检查了由2500万个气体粒子组成的类星体周围的模拟环境，这些气体粒子用于模拟遭遇期间的复杂气流，他们看到恒星质量的黑洞可以被拖入致密的气体圆盘中。这些黑洞可能会由于相互间的引力影响以及对盘中气体的引力影响而被迫进入双星系统。

　　每次模拟持续了三个月，显示了盘中的气体如何减缓恒星质量黑洞的速度，这意味着即使这些物体通常会分开，它们仍然相互吸引。

　　这使得它们被困在围绕彼此的轨道上，成为二元黑洞，也被困在围绕超大质量黑洞“老大哥”的轨道上。较小的黑洞也被发现发展出它们自己的周围吸积盘，就像捕获它们的超大质量黑洞的迷你版本。

　　一张图显示了两个孤立的黑洞如何被一个超大质量黑洞吸引在一起，并在其暴力阴影中合并。(图片来源:Connar Rowan等人)

　　超大质量黑洞周围的气体对较小黑洞合并过程的影响也通过模拟显示黑洞合并后气体立即猛烈喷射的事实得到了例证。

　　该团队还发现了黑洞双星如何随时间演变的另一个影响——恒星质量黑洞围绕超大质量黑洞旋转的方向。

　　在一半的系统中，黑洞绕着与其旋转方向相反的超大质量黑洞旋转——逆行——黑洞会足够靠近，产生显着的引力波发射。因为引力波将角动量从双星中带走，这导致两个黑洞更快地螺旋在一起，并非常突然地合并。

　　“这些结果令人难以置信地兴奋，因为它们验证了超大质量黑洞盘中的黑洞合并可以发生，并可能解释我们今天观察到的许多或大多数引力波信号，”研究小组成员、牛津大学天体物理学家Bence Kocsis说。

　　罗文在皇家天文学会2023年全国天文学会议上介绍了这项研究，该会议于7月3日至7日在威尔士加的夫举行。