研究预测，超大质量黑洞合并事件或将在10年内被探测到

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天文学家们估计很快就能观赏到宇宙中最壮观的融合事件之一。一项于 11 月 13 日发表在“自然天文学”杂志上的研究表明，两个超大质量黑洞合并所产生的引力波预期将在 10 年内被检测到。这是目前科学家首次使用真实数据（而不是计算机模拟）来预测观测时机。

纽约 Flatiron 研究所计算天体物理中心研究员 Chiara Mingarelli 表示：“两个超大质量黑洞合并所产生的引力波是宇宙引力波事件中信号最强的事件之一，其强度将远超 LIGO 所探测到过的黑洞合并信号。发现超大质量黑洞合并将为大质量星系和黑洞演化研究提供新的见解。反之，如果在十年内观测不到这样的事件，我们可能需要重新考虑超大质量黑洞的融合模型。”

图 | 与“Sombrero 星系”大小类似的星系可能会为天文学家们提供第一次观测到超大质量黑洞合并的机会。Sombrero 星系有着一个合适的大小，足够让黑洞合并事件产生出可探测的引力波，又不至于让黑洞过快地合并以至于难以被探测到。

一般，超大质量黑洞都位于较大星系的中心（比如银河系），其质量可达数百万乃至数十亿倍太阳质量。但我们目前所探测到的黑洞合并事件中的黑洞质量仅为几十倍太阳质量。

根据当前的理论，当两个星系碰撞并结合时，它们中的超大质量黑洞会漂移到新形成的星系中心。由此，这些超大质量黑洞将随着时间的推移而离的越来越近，发生合并事件。这种事件产生极为强烈的引力波，波及整个时空。

此类事件所产生的引力波的信号虽然很强，但其波长位于 LIGO 和 Virgo 的可观测范围之外。于是，科学家们想出利用称为脉冲星的恒星来搜索此类信号。脉冲星就像宇宙节拍器，它是一种快速旋转的恒星，会释放出稳定的无线脉冲信号。随着经过的引力波拉伸和压缩地球和脉冲星间的时空，地球上探测到的脉冲星信号的节奏会发生改变，然后我们便能以此来搜寻超大质量黑洞合并事件。

目前有三个项目正在解读邻近脉冲星无线信号的抵达时间，它们分别是澳大利亚的帕克斯脉冲星计时阵、北美纳米天文台的引力波和欧洲的脉冲星计时阵。它们一起构成了国际脉冲星计时阵。

Mingarelli 和其他同事们的研究，估算了该阵列需要等待多长时间才能探测到超大质量黑洞事件。研究团队先编制出附近可能有超大质量黑洞对的星系地图，之后将这些信息与附近脉冲星的地图结合起来，估算首次探测到超大质量黑洞合并事件的概率。

Mingarelli 说：“考虑到天空中脉冲星的位置，你肯定能在 10 年内检测到什么东西。”

但研究结果显示，并不是越大的星系就越有可能被我们探测到融合事件。虽然更大的星系意味着质量更大的黑洞，也会产生更强的引力波，但更大的黑洞也会更快地融合在一起，从而减少我们能检测到引力波信号的概率。

例如 M87 这样一个巨大的星系中的黑洞合并将持续 4 百万年产生出可探测引力波，而像“松布雷罗星系”（Sombrero Galaxy）这种的更为温和的星系将能将可观测时间延长至 1.6 亿年。

Mingarelli 认为，超大质量黑洞合并事件的发现能使天体物理学家更好地理解天体合并，并为常规手段无法涉足的基础物理领域研究提供新的研究途径。单个超大质量黑洞双星的存在数量同时也能提供一个星系合并频繁程度的度量（衡量宇宙随着时间演变的一个重要参数）。

假如最终没有探测到超大质量黑洞合并事件，一个可能的原因是黑洞在大约三光年左右处停住。该情况被称为最终解析问题。虽然随着时间的推移，两个黑洞逐渐靠近，并最终遇到一起产生引力波，但这个过程所需的时间可能比目前的宇宙年龄都要长。