凝視著融合星系凌亂核心周圍的厚厚的氣體和塵埃，天文學家正在向他們最好的視角看到近距離的超大質量黑洞，他們向著巨大的黑洞進軍。
由華盛頓州柯克蘭的Eureka Scientific公司的邁克爾·科斯領導的研究小組利用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡和WM凱克拍攝的高分辨率圖像，對近紅外線附近星系的核心進行了最大規模的調查。夏威夷天文臺。哈勃觀測結果代表了其龐大檔案館超過20年的快照。
這些圖像揭示了碰撞星系凌亂核心中一對銀河核之間聯合的最後階段。左邊的圖像由哈勃望遠鏡的寬視場相機3拍攝，顯示了合併的星系NGC 6240.右邊顯示了這個星系聯盟的兩個輝煌核心的特寫鏡頭。這個視圖是在紅外線下拍攝的，穿透了兩個碰撞星系的密集雲團和氣體，揭示了活躍的核心。這些核心中的巨大黑洞正在快速增長，因為他們對星系合併帶來的氣體大飽口福。黑洞的快速增長髮生在合併的最後一千萬到二千萬年之間。
致謝：NASA，ESA和M. Koss（Eureka Scientific，Inc。）
“看到與這些巨大黑洞相關的合併星系核對如此緊密相連是非常驚人的，”科斯說。“在我們的研究中，我們在拍攝圖像時看到了兩個星系核。你不能與它爭論;它是一個非常'乾淨'的結果，它不依賴於解釋。”
這些圖像還提供了早期宇宙中必然更為常見的現象的特寫預覽，當時星系合併更為頻繁。當星系相撞時，它們的怪物黑洞可以以引力波的形式釋放出強大的能量，引力波是最近剛剛通過突破性實驗發現的時空中的漣漪。
這項新研究還提供了我們自己的宇宙後院可能發生的預測，數十億年，當時我們的銀河系與鄰近的仙女座星系相結合，各自的中心黑洞粉碎在一起。
“銀河粉碎的計算機模擬向我們展示了黑洞在合併的最後階段增長最快，接近黑洞相互作用的時間，這就是我們在調查中發現的，”大學研究小組成員Laura Blecha說。佛羅里達州，蓋恩斯維爾。“隨著合併的進展，黑洞越來越快地發展，這一事實告訴我們星系遇到的事實對於我們理解這些物體如何變得如此巨大而言非常重要。”
星系合併是一個持續超過10億年的緩慢過程，因為兩個星系在不可抗拒的重力作用下，在最終加入之前相互跳舞。模擬顯示，當星系經歷這種慢速運動的火車殘骸時，星系會釋放出大量的氣體和塵埃。
在NGC 6240的哈勃快照下方顯示了其他四個碰撞星系的圖像，以及它們在明亮核心中的聚結核的特寫視圖。每對的左圖顯示合併星系，由全景調查拍攝望遠鏡和快速反應系統（Pan-STARRS）。正確的圖像顯示了明亮的核心，由夏威夷的WM Keck天文臺在近紅外光下拍攝，使用自適應光學系統來銳化視野。每個哈勃望遠鏡和凱克天文臺的紅外照片中的原子核相距僅約3000光年 - 近乎擁抱宇宙術語。如果有一對黑洞，它們很可能在未來一千萬年內合併，形成一個更大的黑洞。這些觀測是使用哈勃望遠鏡和凱克天文臺拍攝的近紅外光中的高分辨率圖像進行的有史以來最大規模的附近星系核心調查的一部分。調查星系的平均距離距地球3.3億光年。
致謝：NASA，ESA和M. Koss（Eureka Scientific，Inc。）; WM凱克天文臺; 全景測量望遠鏡和快速反應系統（Pan-STARRS）
被拋出的材料通常在聚結星系的中心周圍形成厚厚的簾幕，使它們在可見光下被遮擋。一些材料也落在合併星系核心的黑洞上。黑洞以快速的速度生長，因為它們充滿了宇宙食物，而且，當它們變得雜亂無章時，它們會讓明亮的氣體燃燒起來。這種快速增長髮生在工會的最後一千萬到二千萬年之間。哈勃望遠鏡和凱克天文臺的圖像拍攝了這個最後階段的特寫視圖，當時大量黑洞的距離僅相差約3,000光年 - 近乎擁抱宇宙術語。
找到如此接近的星系核並不容易。大多數先前對碰撞星系的觀測已經在較早階段捕獲了聚結的黑洞，當它們距離大約10倍時。合併過程的後期是如此難以捉摸，因為相互作用的星系被密集的塵埃和氣體所包圍，需要在紅外光下進行高分辨率觀測，這可以透過雲層看到並精確定位兩個合併原子核的位置。
該團隊首先通過NASA的Neil Gehrels Swift望遠鏡（一個高能空間天文臺）從爆裂警報望遠鏡（BAT）中篩選出10年的X射線數據，搜尋視覺上模糊，活躍的黑洞。“落在黑洞上的氣體會發出X射線，而X射線的亮度會告訴你黑洞的增長速度，”科斯解釋道。“我不知道我們是否會發現隱藏的合併，但我們懷疑，基於計算機模擬，它們將處於嚴重籠罩的星系中。因此我們試圖用盡可能最清晰的圖像來觀察塵埃，希望找到合併黑洞。”
研究人員梳理了哈勃檔案，確定了他們在X射線數據中發現的那些合併星系。然後，他們使用凱克天文臺的超銳，近紅外視覺來觀察哈勃檔案館中沒有的X射線黑洞樣本。
“人們之前曾進行過研究，尋找這些密切相互作用的黑洞，但真正能夠進行這項研究的是可以突破塵埃繭的X射線，”科斯說。“我們在宇宙中看起來也更遠，因此我們可以調查更大的空間，讓我們有更大的機會找到更多發光，快速增長的黑洞。”
該團隊的目標是與地球平均距離為3.3億光年的星系。許多星系的大小與銀河系和仙女座星系相似。該小組分析了來自凱克天文臺的96個星系以及38個哈勃望遠鏡觀測計劃中發現的哈勃檔案中的385個星系。樣本星系代表天文學家通過進行全天測量發現的東西。
為了驗證他們的結果，Koss的團隊將調查星系與來自哈勃存檔的176個其他星系進行了比較，這些星系缺乏積極增長的黑洞。比較證實，在研究人員對塵埃相互作用星系的普查中發現的發光核心確實是快速增長的黑洞對的標誌。
當這些系統中的兩個超大質量黑洞最終在數百萬年內聚集在一起時，它們的遭遇將產生強大的引力波。激光干涉引力波天文臺（LIGO）已經探測到兩個恆星質量黑洞碰撞產生的引力波。計劃中的NASA / ESA太空激光干涉儀空間天線（LISA）等天文臺將能夠探測到來自超大質量黑洞合併的低頻引力波，這些合併的質量是LIGO探測到的質量的百萬倍。
未來的紅外望遠鏡，如美國國家航空航天局計劃的詹姆斯韋伯太空望遠鏡和新一代巨型地面望遠鏡，將通過測量近距離黑洞對的質量，生長速率和動態來更好地探測塵埃星系碰撞。韋伯望遠鏡也可以在中紅外光下觀察，發現更多的星系相互作用，因此被厚厚的氣體和塵埃所包圍，甚至近紅外光也無法穿透它們。
哈勃太空望遠鏡是NASA和ESA（歐洲航天局）之間的國際合作項目。美國宇航局位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責管理望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃科學運營。STScI由華盛頓特區天文研究大學協會為NASA運營
閱讀更多 科學書屋 的文章
