资料来源：科学日报
在大多数星系的中心有一个巨大的——超大质量黑洞，其质量大约是太阳质量的几百万甚至几十亿倍。
目前，观测数据显示，几乎无一例外，每个星系的中心都有一个超大质量黑洞。它们有不同的状态，——，有些正在吞噬物质，并异常活跃；有些人停止进食，静静地睡觉。
然而，最近的一项研究发现，在星系中心可能有两个超大质量黑洞。
最近，一个国际研究小组在11个活跃星系中发现了周期性伽马射线爆发，其中2个是已知源，9个是新源。研究人员认为这种现象可能有很多原因，其中之一是在这些星系的中心有两个超大质量的黑洞。
研究结果已经发表在《天体物理学》杂志上。
周期性变化信号或是重要特征
众所周知，黑洞的引力如此之大，以至于光都无法逃脱它的魔爪。隐藏在星系核心的超大质量黑洞是如何发现的？
事实上，当黑洞处于活跃的“进食”状态时，附近的物质在被吞噬释放能量的过程中相互摩擦，形成一个明亮的吸积盘；一些物质在被吃掉之前可能会沿着旋转轴喷射出高能粒子，导致喷射。
科学家通过观察吸积盘或喷流释放的电磁波信号，发现了隐藏在星系中心的这些黑洞。通常，科学家可以通过光带电磁信号观察黑洞吸积盘，大部分喷射能量以伽马射线、X射线和无线电发射的形式释放出来中国科学院国家天文台研究员陆友军在接受《科技日报》采访时说。
在这项研究中，研究人员利用美国宇航局费米太空望远镜9年的伽马射线观测数据，系统梳理了2000多个星系中心的活动黑洞信号，最终发现了11个周期变化的伽马射线源，平均变化周期约为2年。
“确定伽马射线信号的周期模式就像发现一艘小船在暴风雨的海洋中经过时产生的微小而规则的波纹。”这篇文章的第一作者，西班牙马德里大学的皮尼尔博士说，这项研究结果可能支持星系中心有两个超大质量黑洞的观点。
为什么星系中心的双黑洞会导致周期性的伽马射线信号？陆友军说，可以从以下两个方面来理解。
一方面，双黑洞的相互干扰会导致喷流亮度的周期性变化。如果在星系中心有两个超大质量黑洞围绕着彼此旋转，它们周围的吸积盘也会周期性地“旋转”，落入黑洞的物质质量也会有周期性的变化，这将影响黑洞发出的喷流亮度，望远镜将接收到周期性的伽马射线信号。
另一方面，双黑洞的旋转也会导致喷流方向周期性变化。正如地球同时自转和公转一样，在双黑洞模型中，每个黑洞都有围绕另一个黑洞旋转的轨道角动量和自转角动量。通常，轨道角动量和旋转角动量是不一样的，它们是耦合的，所以旋转角动量在轨道角动量的扰动下会周期性地变化，喷流方向也会相应地变化。假设单个黑洞的喷流方向是固定的，但由于另一个黑洞的扰动，原来固定方向的喷流以黑洞为中心在一个周期内来回摆动。因为地球上的望远镜总是在某个方向上观察目标，所以我们接收到的伽马射线信号有时强有时弱，而且有规律。
除了伽马射线之外，一些学者通过结合吸积盘发出的光带信号，将周期性的光变化作为双黑洞存在的观察基础卢友军说道。
当然，引起观测信号周期性变化的不仅仅是双黑洞，还有单个黑洞吸积盘或喷流的进动和黑洞吸积盘本身的准周期性振荡。
早有推断却缺乏观测“实锤”
事实上，这不是天文学家第一次提到双黑洞模型。几十年前，一些学者提出了星系中心存在超大质量双黑洞的理论推测，但在实际观测中没有发现“真正的铁锤”。
学术界的主流观点是，两个星系碰撞或合并后，在星系中心可能会形成一个超大质量的双黑洞系统卢友军说道。
天文学家以前已经观察到两个星系之间的许多碰撞或合并，这表明这种现象并不少见，甚至在早期宇宙中更频繁地发生。例如，一项研究结果发表在之前的《自然》期刊上，研究人员发现了几个星系同时合并的例子，并且星系中心的黑洞也相互靠近。虽然真正的单星系和双黑洞系统尚未形成，但经过未来的长期演化，最终会形成双黑洞。
如果在一个星系的中心有一个超大质量的双黑洞，它会如何影响这个星系？
陆佑军告诉《科学技术日报》记者，以更高的角速度围绕彼此旋转的两个黑洞会把附近的恒星踢走，导致星系中心的恒星密度降低。在观测方面，上述相关电磁信号也将发生周期性变化，光谱各波段的能量比和发射谱线轮廓的变化将不同于单黑洞星系。
他进一步指出，如果我们想证实星系中心双黑洞的理论推测，最“简单和粗鲁”的方法是发现在单个星系中心有两个明亮的核心，即两个黑洞，伴随着典型的黑洞特征图像，如吸积盘和喷流。
另一方面，学术界推测，当星系中心的超大质量双黑洞相互靠近并融合时，会放射出强大的引力波。2016年，天文学家首次探测到来自恒星级双黑洞合并的引力波信号。当然，如果它是一个位于星系中心的超大质量黑洞，在接近和合并过程中释放的引力波能量将会高于之前观察到的恒星质量双黑洞的引力波，但频率会更低。计划在中国建造的空间引力波探测设备的主要目标之一是探测星系中心巨大的双黑洞的合并。
“不幸的是，到目前为止，还没有在星系中心发现能让所有人信服的超大质量双黑洞。”卢友军说道。
还需“擦亮眼睛”耐心等待
今天，随着科学技术的飞速发展，为什么我们还没有在星系中心发现带有双黑洞的“真正的锤子”？
陆友军指出，第一个原因是望远镜的分辨率不够高。一种可能性是，在邻近宇宙中观察到的一些星系的中心有超大质量的双黑洞，但受到望远镜分辨率的限制，只有一个明亮的核心出现，这被误认为是一个黑洞星系。因此，我们需要一双更锐利、更明亮的天文观测“眼睛”。
其次，人类天文观测的时间尺度远远不够。自从天文学家伽利略用折射望远镜将天文学带入望远镜时代以来，现代天文观测的历史充其量只有几百年。对人类来说，这可能很长，但在宇宙的长河中，100多年就像一根手指的轻弹。“我们可能已经错过了宇宙中的许多‘美妙时刻’，所以星系中心的双黑洞的证据可能需要长期等待和探索，比如探测由巨大的双黑洞发出的低频引力波。”卢友军说道。
然而，即使我们很幸运，这种猜测在不久的将来也能得到证实，这不是终点，而是起点。
“理解双黑洞与其周围环境之间的关系对于构建星系形成和演化的完整图景非常重要。”文章的合著者、美国克莱姆森大学物理和天文科学系副教授凯尔阿耶洛说。
陆友军还指出，即使我们在星系中心清楚地发现了双黑洞的证据，我们也应该继续探索gala形成和演化背后的机制
