黑洞在碰撞前是如何发光的？

一种新的模型表明超大质量黑洞合并后，会在可怕的紫外线和x射线下发光，因为它们螺旋上升，不可避免地会发生碰撞。美国国家航空航天局(NASA)的一份声明称：超大质量黑洞的质量是太阳质量的数百万倍或数十亿倍，几乎存在于每一个至少与我们银河系大小相当的星系中。科学家知道星系通常合并在一起，这将发生在银河系和仙女座（在大约40亿年后）。马里兰州美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家斯科特·诺布尔(Scott Noble)说：星系中心有超大质量黑洞的星系在宇宙中一直存在，但我们只看到星系中心附近有两个黑洞的一小部分。

博科园-科学科普：尽管科学家们以前见过黑洞合并，但根据该声明，它们要小得多——相当于一颗恒星的大小，也就是说质量是太阳的三到几十倍。这些恒星大小的黑洞合并是由美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到。科学家通过探测引力波发现了它们，引力波是这些大型合并后时空中的涟漪。超大质量黑洞的合并将更难追踪，因为它们之间的距离往往远得多，发出的引力波信号也较弱。为了探测到这种微小的信号，探测器需要位于太空中，以避免被地球上的地震波干扰。未来可能实现这一目标的任务是欧洲航天局的激光干涉太空天线(LISA)，计划在2030年发射。

（本文全部图片均为模拟视频截图）这是来自美国国家航空航天局的模拟图，显示了两个超大质量黑洞在碰撞前相互旋转时发出的光芒。图片：NASA"s Goddard Space Flight Center

然而还有另一种可能的方法来发现超大规模的合并。当星系合并时，它们会带来气体、尘埃、恒星和行星的集合。当碰撞发生时，许多这种物质会被拖向黑洞——然后黑洞开始“吞噬”这种物质，产生天文学家应该能够看到的辐射(在物质穿过黑洞的视界之前)。这个新模拟追踪了三个超大质量黑洞的运行轨道，它们距离完全融合的轨道大约有40个。这个模型表明，在这次合并中，在望远镜中可以看到一些紫外光和高能x射线。当黑洞合并时，有三个发光的区域，都被热气流连接在一起：围绕整个系统的一个大环，称为圆环盘，在每个黑洞周围有两个较小的环，称为迷你盘。

所有这些物体都主要发射紫外线，当气体以很高的速率流入一个小型圆盘时，圆盘上的紫外光与每个黑洞的冕层相互作用，冕层是圆盘上方和下方高能亚原子粒子的区域。这种相互作用产生x射线。当吸积速率较低时，紫外光相对于x光变暗。模拟结果表明，超大质量黑洞合并后的x射线比单独超大质量黑洞所观测到的x射线更亮，也更多变(这些变化与黑洞轨道周围气体的速度有关，也与合并黑洞自身的轨道有关)。这个模拟是在伊利诺伊大学香槟分校的国家超级计算应用中心的Blue Waters超级计算机上进行，这个特别的模拟估计了气体的温度，而未来的模拟将包括温度、总质量和距离等参数，以观察合并产生的光的影响。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《天体物理学》

文：Elizabeth Howell/Space

DOI：doi.org/10.3847/1538-4357/aad8b4

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