▲天文学家可能在一个与“草帽星系”大小差不多的星系首次目睹一对超重黑洞合并。图片来源：NASA/Hubble Heritage Team
天文学家就快能首次目睹宇宙中规模最大的合并了。《自然·天文学》杂志11月13日发表的最新研究预测，将在10年内探测到由超重黑洞合并引起的引力波。该研究首次使用真实数据而非计算机模拟做类似预测。
“超重黑洞合并引起的引力波堪称宇宙最强”，来自纽约Flatiron研究所计算天体物理中心的研究员Chiara Mingarelli说: “它完全超越了激光干涉引力波天文台（LIGO）2016年首次监测到的黑洞碰撞产生的引力波。”
超重黑洞处于包括人类所在银河系在内的超大星系的中心，质量是太阳质量的百万甚至数十亿倍。相比之下，目前引力波探测器发现的合并黑洞仅是太阳质量的几十倍。当两个星系碰撞结合时，它们的超重黑洞靠向新合成星系的中央。科学家预测，超重黑洞随后会接近并合并在一起。这种合并会产生强烈的引力波，造成时空波动。
虽然引力波很强，但其波长不在LIGO和处女座干涉仪（Virgo）的可监测范围内。对超重黑洞合并引发引力波的观测将利用一种叫“脉冲星”的恒星。脉冲星就像宇宙节拍器一样快速旋转，发出稳定节奏的无线电波脉冲。当引力波经过拉伸或压缩地球和脉冲星之间空间时，脉冲节奏略有变化。地球上监测脉冲星的工程就能探测到这些变化。
Mingarelli和同事对还要多久才能探测到超重黑洞合并进行了预测。他们从附近可能容下一对超重黑洞的星系着手，然后比照就近的脉冲星地图，终于发现这种合并将发生在不久的将来。Mingarelli 表示：“考虑到脉冲星的位置，未来10年一定出检测结果。最差也能在银河系检测出超重双黑洞合并。”
到底哪个星系有可能最先检测到黑洞合并，结果出人意料。星系越大黑洞越大，那么引力波就更强，但是合并越快，反而缩短了引力波可检测期。例如M87这样一个巨大的星系中的黑洞合并将产生持续4百万年的可探测的引力波，而像宽边帽星系这样小一点的星系，有1.6亿年的检测期。
Mingarelli说若检测成功，天体物理学家能更好地理解星际合并中的天体物理学，并为研究基础物理学提供新方法。超重黑洞双星的数量也能反映星系合并的频率及宇宙的演化。如检测失败，那可能是因为“最终秒差距问题”（科学界缺乏预测黑洞合并过程最后阶段以及合并所用时间的理论模型）。 随着时间的推移，两个黑洞脱离原先轨道合二为一，能量消失产生引力波。但整个过程持续时间比宇宙目前存续的时间还长。
不论天文学家最终能否发现超重黑洞合并，结果都很有趣。
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编译：Tracy 编辑：张梦
