星系合并模拟
这些图像展示了一对被命名为“NGC 6240”的合并星系的混沌中心的内核合二为一的最后阶段。
据《自然》（Nature）杂志11月8日刊发的一篇研究论文称，人类首次观察到几对正处于合并成单个更大星系的过程最后阶段的星系。研究小组透过围绕在合并星系混沌中心周围厚厚的气体尘埃隔层，捕捉到一对超大质量黑洞的图像——每一个黑洞都曾经是两个较小原星系的中心——它们目前正在越靠越近，并最终会合并成一个巨型黑洞。
该研究项目的负责人是美国马里兰大学（University of Maryland，简称UMD）校友、尤里卡科学股份有限公司（Eureka Scientific, Inc.）的研究科学家迈克·高斯（Michael Koss），他的研究小组在UMD其他天文学家的协助下，利用夏威夷W.M.凯克天文台（W.M. Keck Observatory）和美国国家航空航天局（NASA）哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）拍摄的照片，对银河系附近数百个星系进行调查研究，进而取得了该发现成果。研究中所采用的哈勃望远镜的观测数据包含了二十多年来该望远镜长期存档的所有图像资料。
高斯介绍道：“看到这些成对的、即将合并的星系内核与这些巨型黑洞如此紧密地联系在一起，真是令人惊叹。我们在拍摄图像时随即就识别出了两个星系内核。无需争辩，这是一个非常‘干净’的观测结果，也不需依赖任何解读。”另外，这些高分辨率的图像还提供了一种对于这一合并现象近距离的预览体验——天文学家怀疑这种现象在早期宇宙中更为普遍和频繁。当两个黑洞最终发生碰撞时，它们将以引力波的形式释放出强大的能量。而就在不久之前，双激光干涉引力波天文台（LIGO）探测器首次探测到了引力波造成的宇宙时空涟漪。
众所周知，我们的银河系在几十亿年后最终将会和邻近的仙女座星系合并，而这次研究所取得的图像则预示着到那时可能发生什么样的状况——银河系和仙女座的中心都有超大质量黑洞，届时它们会相撞并合并成一个更为巨大的黑洞。该研究小组最初的灵感来自于哈勃望远镜拍摄的两个相互作用的星系的图像，它们一并被命名为“NGC 6240”，随后被用作于进行该研究的原型对象。
这些图像展示了相互碰撞的星系的混沌中心一对星系内核合为一体的最后阶段。
研究小组选取了距地球平均距离为3.3亿光年——在宇宙学概念上这是相对较短的距离——的星系作为研究对象，其中不少的星系在大小上都与银河系和仙女座星系相仿。研究小组首先利用凯克望远镜总共观测分析了96个星系，然后再借助哈勃望远镜的档案资料研究了385个星系。该研究小组的结果表明，在这些星系中有超过17%的星系中心都有一对黑洞，这些黑洞在碰撞合并成单个超大质量黑洞之前，一直处于不断螺旋靠近的最后阶段。研究人员惊讶地发现，这个最后阶段的时间占比是如此之高，然而之前大多数数据模拟实验的预断是，这一阶段所耗费的时间应该非常少。
为了验证他们的研究结果，研究人员将所观测的星系与哈勃望远镜档案记录中一组包含了176个无活跃成长型黑洞的其他星系进行了对照研究。他们发现在这一组星系中，只有大约1%的星系会在合并的最后阶段形成一对黑洞。这最后一个步骤帮助研究人员确认他们在这些尘埃弥漫、相互作用的星系的统计数据中所发现的发光星系内核，确实是快速生长的成对黑洞走向碰撞合并的标志。研究人员表示，这一发现结果与理论预测相一致，但是到目前为止才得到直接观察数据的证实和支撑。
科界原创 编译：朱明逸 审稿：alone 责编：张梦
期刊来源： 《自然》
期刊编号： 0028-0836
原文链接： https://phys.org/news/2018-11-astronomers-pairs-black-holes-centers.html
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