超大質量黑洞或將碰撞，35億光年外星系面臨毀滅
紐約時報
記者DENNIS OVERBYE 2015年9月17日
看起來，末日仍然會上演——至少是在距離我們35億光年的一個星系。
過去的這個冬天，加州理工的一群天文學家發佈論文稱，一對超大質量黑洞似乎在朝着災
難性碰撞的軌跡運行，而這種碰撞可能會宣告該星系的落幕。
他們的證據是這一星系中心的類星體PG 1302-102表現出了一種有規律的閃動。研究人員
馬修·格雷厄姆(Matthew Graham)及其同事認為，這代表了一對總質量超過太陽10億倍的
黑洞在互相環繞，走向死亡。根據他們的估算，二者合并或許可以釋放出1億顆超新星爆
炸的能量，多數表現為「引力波」。這種時空中的猛烈漣漪會讓星體從那倒霉的星系中噴
出，好比是從屋頂上颳走樹葉。
現在，哥倫比亞大學(Columbia University)的丹尼爾·德奧拉齊奧(Daniel D』Orazio)
及其同事對這一星系進行的新分析，給上述結論增添了份量。研究生德奧拉齊奧和同事佐
爾坦·海曼(Zoltan Haiman)、戴維·希米諾維奇(David Schiminovich)提出，這顆類星
體發出的光多數來自圍繞着其中一個較小黑洞的碩大的吸積盤。
這兩個黑洞及其吸積盤相互高速旋轉時，來自這個吸積盤的光線在對着地球的方向會因相
對運動產生的多普勒效應而加強——好比對面駛來的火車鳴笛聲會變得更大聲、更尖細一
樣——令它每隔五年會周期性地增大亮度。
哥倫比亞大學的這三名天文學家建立的模型預測，其中紫外線的變化會比可見光顯著。他
們拿出哈勃太空望遠鏡和美國航空航天局的星系演化探測器(Galex)的歷史數據，與格雷
厄姆團隊之前分析的可見光數據進行比對，發現結果正好與預測吻合。
「其中的重大意義在於，這只能是多普勒效應，」海曼博士通過電子郵件接受採訪時表示
。只要給出有關這兩個黑洞質量的合理假設，他們的模型就能預測出準確的紫外線數據。
「在『混亂』的天文學研究中，很難看到有一個毫無爭議的清晰理論能夠對數據做出解釋
，」他說。三名研究人員表示，未來幾年對紫外線和可見光輻射的追蹤觀察或將有利於得
出確鑿的結論。他們的論文於本周三發表在《自然》雜誌(Nature)上。
他們的模型顯示，兩個黑洞在相互環繞，之間的距離約為2000億英里，不到0.1光年。這
在宇宙中可謂緊密相連。海曼稱，相距這麼近的話，這兩個黑洞應當以發出引力波的形式
快速喪失能量，並且可能會最快在10萬年後最終相撞。
「基本上，雙黑洞質量越大，引力波將他們拉到一起的速度越快，而我們的研究的確假定
他們在允許的範圍內質量儘可能地大，」他在郵件中寫道。他們的模型要想成立，雙黑洞
中較大的那個的質量至少得相當於10億個太陽。
加州理工的天文學家E·施特爾·菲尼(E. Sterl Phinney)是超大質量黑洞領域的專家，
目前在荷蘭的內梅亨大學(Radboud University)休學術假。他認為海曼的模型能夠解釋這
顆類星體的閃動。「奧卡姆剃刀讓它討人喜歡起來，」他在接受採訪的電子郵件中寫道。
奧卡姆剃刀是一個由來已久的原則，認為物理學家們應該採用最簡潔的理論來解釋事實。
不過他也表示，找到距離如此相近的一對超大質量黑洞令人意外。
阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)的廣義相對論是有關引力的權威理論，其中預測
了黑洞的存在。黑洞十分緻密，以致於光線都無法從中逃脫。它們實際上是時空中的無底
洞。每個重要星系似乎都有一個質量為太陽無數倍的超大黑洞，不斷輻射出正被吞噬的星
體和氣體的閃爍光線。
當星系合并的時候，各自的黑洞被迫拴在一起，相互環繞運動。不過，如果沒有與星體或
星際氣體之間的相互牽引，超大質量黑洞不能靠近到能迅速走向碰撞的地步，而這種現象
被稱為「最後的秒差距」問題（秒差距是天文學距離單位，1秒差距等於3.26光年）。
因此，正如菲尼解釋的那樣，除非雙黑洞周圍有數億太陽質量的氣體，「沒有令人信服的
辦法來讓它們的距離縮小」到PG 1302-102的兩個黑洞那麼近的地步。
至少理論上如此。菲尼稱，假如這種系統很常見，那麼從中發出的引力波應該席捲整個宇
宙，干擾到脈衝星信號的節奏，那麼在未來幾年裡，目前正在進行的多個觀測脈衝星時間
的項目就應該可以觀察到這一現象。
「科學理論的正確性是由它經受的考驗決定的，」德奧拉齊奧在郵件中表示。儘管廣義相
對論經受住了迄今為止所有與之相關的實驗和觀測的考驗，但該理論蘊含的一些預測只能
在最極端的引力環境中檢驗，也就是黑洞。「觀測引力波是對這種區域的直接探究，繼而
也是對引力的奧秘的直接探究，」他說。
翻譯：黃錚